J-PARC中性子源と低温水素システム

Spallation neutron source at J-PARC and its cryogenic hydrogen system

加藤 崇; 麻生 智一 ; 達本 衡輝; 長谷川 勝一   ; 大都 起一

Kato, Takashi; Aso, Tomokazu; Tatsumoto, Hideki; Hasegawa, Shoichi; Otsu, Kiichi

日本原子力研究開発機構と高エネルギー加速器研究機構は大強度陽子加速器研究施設(J-PARC)を建設している。J-PARCでは、4つの科学実験施設、すなわち物質・生命科学実験施設,原子核・素粒子実験施設,ニュートリノ実験施設及び核変換実験施設(将来計画)が建設されている。中性子散乱実験により物質や生体サンプル等の構造の解析実験が行われる物質・生命科学実験施設では、世界最大のパルス強度を有する中性子ビームを実験者に供給できる核破砕中性子源が建設されている。核破砕反応によって生成される中性子はMeVオーダーのエネルギーを有するが、実験に用いられる中性子エネルギーはmeVオーダーである。よって、中性子のエネルギーをおよそ9桁も下げる効果的な減速材が必要とされる。そのような減速材は超臨界水素であり、核破砕中性子源に中性子エネルギーを減速するシステムへ超臨界水素を供給する極低温水素システムが備えられるゆえんである。本論文では、核破砕中性子源及びその建設中の中性子源に整備される極低温水素システムについて解説する。

The JAEA and the KEK are collaborating in the construction of the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). The J-PARC has four science experimental facilities, a materials and life science experimental facility, a nuclear and particle experimental facility, a neutrino experimental facility, and a nuclear transmutation facility (planned for the future). At the materials and life science experimental facility, a spallation neutron source has been constructed to provide experiment users with neutron beams that have the world's highest pulse intensity. Neutrons produced using spallation reaction should possess a high energy of MeV order, but neutrons used for experiments should have energy of a low meV order. Therefore, an effective material that is capable of moderating neutron energy is required. That material is supercritical hydrogen; and the spallation neutron source should therefore be equipped with a cryogenic hydrogen system that provides supercritical hydrogen to the neutron energy moderating system. This paper discusses the spallation neutron source and the cryogenic hydrogen system.