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Measurements of spatial distribution of intensity and energy spectrum of neutrons from coupled hydrogen moderators by using a position sensitive detector (Cooperative research)

位置敏感型検出器を用いた結合型水素モデレータの低エネルギー中性子空間分布の測定(協力研究)

甲斐 哲也 ; 加美山 隆*; 平賀 富士夫*; 加藤 崇; 鬼柳 善明*

Kai, Tetsuya; Kamiyama, Takashi*; Hiraga, Fujio*; Kato, Takashi; Kiyanagi, Yoshiaki*

中性子輸送計算で示されたパラ水素モデレータに対する15meV以下の中性子強度の特異な空間分布を確認するため、ピンホールカメラの原理により、モデレータ表面の中性子強度分布を測定した。モデレータ材料は、パラ水素及びオルソリッチ水素(オルソ/パラ比は60:40$$sim$$70:30)を使用した。パラ水素モデレータでは、モデレータの周辺部で強度の増加を示していたが、オルソリッチ水素モデレータでは、周辺で強度の低下が見られた。これらは、計算で示された傾向と矛盾のないものであった。さらに、特異な分布の原因を議論するため、中性子エネルギースペクトルの位置依存性を測定した。15$$sim$$100meVの領域では、両モデレータとも周辺部で高い強度を示した。15meV以下では、パラ水素モデレータでは、同様に周辺部で高い強度を示したが、オルソリッチ水素モデレータでは、周辺部で強度の減少が認められた。これらは、パラ水素の熱中性子に対する高い減速効率と冷中性子に対する透過率の大きさが特異な分布の原因であると考えられる。本研究で得られた結果は、J-PARCで使用の中性子輸送計算の信頼性を確認する根拠の一つである。

Spatial distributions of neutron intensities were measured based on the pinhole camera principle to confirm a peculiar one for a para-hydrogen (H$$_2$$) moderator by neutron transportation calculations. Para- H$$_2$$ and ortho-rich-H$$_2$$ (ortho/para ratio was 60:40-70:30) were utilized. The results are consistent with the calculations. Position dependences of energy spectra were measured for further discussions. Both moderators exhibit the intensity enhancements at the fringe part between 15 and 100 meV. Below 15 meV, the para-H$$_2$$ moderator exhibits higher intensity at the fringe part, while a intensity decrease was recognized at the fringe part of the ortho-rich-H$$_2$$ one. The reasons for the peculiar distribution are due to the characteristics of para- H$$_2$$: the effective slowing-down reaction for thermal neutrons and the higher transmission rate for cold neutrons. The present result is one of the basis confirming the reliability of design calculation used in the J-PARC project.

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