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J-PARC中性子源用極低温水素システム

Cryogenic hydrogen system for a spallation neutron source in J-PARC

加藤 崇; 達本 衡輝; 麻生 智一 ; 長谷川 勝一  ; 大都 起一

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

日本原子力研究開発機構(JAEA)と高エネルギー加速器研究機構(KEK)の共同プロジェクトとして陽子加速器を利用した最先端科学研究施設であるJ-PARCが、2008年度その全体が完成する。2008年5月末に3GeVシンクロトロンから3GeVの陽子をMLFに導き、MLF内に建設された核破砕中性子源の水銀ターゲットに入射させ、中性子の発生に成功した。その核破砕中性子源において、中性子減速システムの中心を担う低温水素システムは、水素循環の水素冷凍システムとしては世界最大である。特に本システムは、低温水素の循環流量が大きく、世界最大の中性子源用低温水素システムとなる。低温での冷媒が水素であることから、システムの安全担保も重要な課題であった。この課題を克服し、世界的にもユニークな低温水素の冷凍システムが完成し、設計通りの性能が確認された。確認された冷却特性や冷凍能力特性を以下に報告する。一方、本システムの運転手法自体も、これまでのヘリウム冷凍システムに比べユニークなものになっている。したがって、運転手法についても言及する。

The prime purpose of the J-PARC is to use the various secondary particle beams such as neutrons, mesons and neutrinos produced in proton-nucleus reactions. One of the facilities that has already been completed is a materials and life-science experimental facility (MLF) where materials and biological structures are analyzed by neutron beam-scattering experiments. In the MLF, a spallation neutron source that provides a high-intensity pulse neutron with low-order meV energy for scattering experiments has been completed, and has successfully produced the desired neutrons. Neutrons produced by spallation reaction have high-order MeV energy, and the high-energy neutron is then transformed to meV-order energy by passing it through a supercritical hydrogen moderator. Therefore, a cryogenic hydrogen system is equipped in the spallation neutron source system. This paper describes the first operation results of the cryogenic hydrogen system.

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