Neutronics of a poisoned para-hydrogen moderator for a pulsed spallation neutron source

核破砕パルス中性子源におけるポイズン付きパラ水素モデレータのニュートロニクス研究

原田 正英   ; 渡辺 昇*; 勅使河原 誠   ; 甲斐 哲也   ; 加藤 崇; 池田 裕二郎

Harada, Masahide; Watanabe, Noboru*; Teshigawara, Makoto; Kai, Tetsuya; Kato, Takashi; Ikeda, Yujiro

ポイズン付き水素モデレータの中性子特性について、研究を行った。まず、簡素化した直方体形モデレータモデルを用いて、ポイズンの位置を関数として、基本的な中性子特性を研究した。この中で、われわれは、初めて、ポイズン背面のモデレータ厚さを厚くすることにより、むしろ、パルス幅が減少することを明らかにした。これは、デカップラーやライナーを通してターゲットや反射体から流入してくる中性子のパルス幅は広いが、ポイズンの背面から流入してくる中性子のパルス幅は狭いことに起因する。次に、水筒型形状と凹型形状のモデレータを用いて、ビーム取り出し角度とパルスの劣化との関係についても研究した。小さい取り出し角度でも、両形状とも、パルスが劣化することがわかった。凹型形状のモデレータは、水筒型形状モデレータより、中性子パルス特性にある程度の改善が見られることもわかった。最後に、2つのポイズン物質(CdとGd)の利点と欠点について、運転時間によるポイズンの燃焼問題を考慮して、議論した。

Neutronic performance of a poisoned hydrogen moderator was studied in details. Using a simple rectangular-shape moderator-model, its basic characteristics were studied as a function of the poison position. We, for the first time, turned up that the pulse width was rather decreasing with increasing the moderator thickness of the back part from the poison. This is due to the fact that source neutron pulses entering through the back part of poison are narrow while those from the target and the reflector through the decoupler and liner are broad. Next, we studied the pulse deterioration in regard to a finite beam-extraction-angle by using a canteen shape and a concave shape. It turns out that the pulse deterioration is large in both cases even at a small extraction angle. The concave-shape moderator indicates a finite improvement compared to the canteen shape one. Finally, merits and demerits of two poison materials, Cd and Gd, were discussed considering the burn-up issue of poison.