Evolved gases from organic materials used in the superconducting magnets irradiated by gamma rays at liquid nitrogen temperature

液体窒素温度での線照射により超伝導磁石用有機材料から発生するガスの分析

出崎 亮; 森下 憲雄; 伊藤 久義; 神谷 富裕; 中本 建志*; 木村 誠宏*; 槙田 康博*; 荻津 透*; 大畠 洋克*; 山本 明*

Idesaki, Akira; Morishita, Norio; Ito, Hisayoshi; Kamiya, Tomihiro; Nakamoto, Tatsushi*; Kimura, Nobuhiro*; Makida, Yasuhiro*; Ogitsu, Toru*; Ohata, Hirokatsu*; Yamamoto, Akira*

ポリイミドやガラス繊維強化プラスティック(GFRP)は大強度陽子加速器施設(J-PARC)のニュートリノビームラインにおける超伝導磁石の電気絶縁材や構造材として使用される。これらの有機材料は4Kの極低温、かつ30kGy/yearの高放射線場において電気的・機械的特性を維持しなければならないため、その耐放射線性を評価することが不可欠である。本研究では、これらの有機材料の耐放射線性評価の一環として、液体窒素温度での線照射によって有機材料から発生するガスを分析した。その結果、発生ガスの主成分は水素であり、ニュートリノビームラインの超伝導磁石システム全体における水素発生量は0.37mol/yearであることを明らかにした。このことから、有機材料から発生するガスが超伝導磁石の冷媒である超臨界ヘリウムの精製機に及ぼす影響はほとんど無視できるとの結論を得た。

Polyimide films and glass fiber reinforced plastics (GFRPs) are used as insulating or structural materials for superconducting magnets in a neutrino beam line of the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). It is indispensable to evaluate radiation resistance of these materials, because they are required to keep their electrical and mechanical properties in a high radiation field of 30 kGy/year at low temperature of 4 K. In this work, the gas evolution resulting from chemical reactions induced in the polyimide films and GFRPs by ray irradiation at 77 K was investigated. It was found that the main component of the evolved gas is hydrogen. The amount of hydrogen evolved from the superconducting magnet system used in the neutrino beam line was estimated to be 0.37 mol/year (0.01 L/year as the volume of liquid hydrogen). It indicates that the hydrogen evolved from the organic materials does not influence on the operation of the helium purifying system.