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Study on low activation decoupler material for MW-class spallation neutron sources

MW級核破砕中性子源における低放射化デカップラー材に関する研究

原田 正英   ; 勅使河原 誠   ; 前川 藤夫  ; 二川 正敏  

Harada, Masahide; Teshigawara, Makoto; Maekawa, Fujio; Futakawa, Masatoshi

J-PARCの核破砕中性子源の2台の非結合型モデレータにおいて、MW級核破砕中性子源では世界で初めてとなる、高いデカップリングエネルギー、1eVを実現した。この実現には、デカップラー材として、Ag-In-Cd(AIC)合金を適用することで成し遂げられた。AICデカップラーは、中性子特性には優れているが、Ag-110m(半減期:250日)やAg-108m(半減期:418年)生成に起因する高残留放射能が発生することがデメリットである。この問題を克服するために、AICデカップラーと同程度の高いデカップリングエネルギーを持つ低放射化デカップラー材の可能性について研究した。われわれは、2つの材料、Au-In-Cd(AuIC)合金と炭化ホウ素ベースとする材料について検討した。これらの材料の中性子特性の研究には、ニュートロニクス計算を用いた。結果として、AuICデカップラーと炭化ホウ素ベースデカップラーは、AICデカップラーと同程度の中性子特性を有することがわかった。これらの材料について、中性子特性のみならず、材料特性,照射特性の観点からも比較し、AICデカップラーの代替について決定する。

In JSNS at J-PARC, by means of the Ag-In-Cd (AIC) alloy as the decoupler materials, the high decoupling energy at 1 eV for two decoupled moderators was realized for the first time in MW-class spallation neutron sources. Although the AIC decoupler is superior in the neutronic performance, it has a demerit in high residual radioactivity. To overcome the difficulty, we studied on possibilities of low activation decoupler materials with high decoupling energy. We considered two candidate materials, Au-In-Cd alloy and Boron Carbide based material. Neutronic performance of these materials was investigated by using neutronics calculations. As a result, it was found that both materials could provide pulse characteristics as well as those for the AIC decoupler. As a comparison of the candidate decouplers with the AIC deocupler on viewpoint of not only neutronic performance but also material property and irradiation characteristic, we decide the substitute of the AIC decoupler.

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パーセンタイル:49.6

分野:Materials Science, Multidisciplinary

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