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スーパーインシュレータ(ポリイミド及びポリエステル)の$$gamma$$線照射後のガス生成量と機械的特性

Gas yield and mechanical property of super insulator (polyimide and polyester) after $$gamma$$ ray irradiation

勅使河原 誠   ; 草野 譲一; 森下 憲雄; 前川 藤夫  ; 加藤 崇; 細山 謙二*; 原 和文*; 小島 裕二*

Teshigawara, Makoto; Kusano, Joichi; Morishita, Norio; Maekawa, Fujio; Kato, Takashi; Hosoyama, Kenji*; Hara, Kazufumi*; Kojima, Yuji*

大強度陽子加速器計画(J-PARC)の中心的実験施設として物質・生命科学実験施設と呼ばれる世界最高強度の核破砕中性子源施設が建設されている。この施設では、1MWの陽子ビームを水銀ターゲットに入射し、核破砕反応によって発生した中性子のエネルギーを減速させ、遅い中性子のビームとして実験に供与する。中性子の減速に超臨界水素(温度:20K,圧力:20気圧)のモデレータを用いる。超臨界水素を供給する水素輸送ラインに断熱材としてスーパーインシュレータ(SI)を用いるが、放射線に晒され、その放射線損傷(機械的強度劣化,ガス生成量等)が問題となる。そこで、ポリイミド(PI)及びポリエステル(PET)のSIについて$$gamma$$線照射を行い、その後のガス生成量測定,発生ガスの分析及び機械的(引張り)特性試験を実施し、評価した。機械的強度からPIのSIは、80MGy、PETのSIは7MGyまで使用できること。Q-massを用いたガス分析では、マスフローを導入することによりガスクロより簡便に分析でき、かつ、未知種のガス(例えば水)も識別できることを明らかにした。

Japanese intense spallation neutron source (JSNS) driven by 3 GeV protons with power of 1 MW is constructed under the joint project of Japan Atomic Energy Agency and High Energy Accelerator Research Organization. Supercritical hydrogen of around 20K with 2 MPa is selected as a neutron moderator material and cryogenic hydrogen transfer lines are constructed from the moderators to the refrigerator. Then, a super insulator (SI) is adopted to reduce heat load in the hydrogen transfer lines. We performed irradiation test of SI using $$^{60}$$Co $$gamma$$ ray to evaluate the irradiation effect. Two kinds of super insulator (polyimide and polyester) coated both sides by aluminum were irradiated. After $$gamma$$ ray irradiation, tensile test and gas yield measurement of super insulator were performed. Polyester based SI became brittle at about 10 MGy, on the other hand, polyimide based SI did not loss ductility so much even 80 MGy. Polyester based SI generated gas yield higher than that of polyimide based SI about one order of magnitude. We developed the gas analysis method by using a Q-mass and a mass-flow, providing to identify the unknown gas (i.e. H$$_{2}$$O) effectively compared to a gas chromatography method.

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