Evaluation of the white neutron beam spectrum for single-event-effects testing at the RCNP cyclotron facility

RCNPサイクロトロン施設におけるシングルイベント効果のテストのための白色中性子ビームスペクトルの評価

岩元 洋介   ; 福田 光宏*; 坂本 幸夫; 民井 淳*; 畑中 吉治*; 高久 圭二*; 永山 啓一*; 浅井 弘彰*; 杉本 憲治*; 梨山 勇*

Iwamoto, Yosuke; Fukuda, Mitsuhiro*; Sakamoto, Yukio; Tamii, Atsushi*; Hatanaka, Kichiji*; Takahisa, Keiji*; Nagayama, Keiichi*; Asai, Hiroaki*; Sugimoto, Kenji*; Nashiyama, Isamu*

大阪大学核物理研究センター(RCNP)の392MeV陽子による6.5cm厚さのタングステンターゲットでの核破砕反応を利用した30度白色中性子ビームラインが、1MeVから300MeVの中性子エネルギー領域における半導体シングルイベント効果(SEE)の試験を行う場として特徴づけられた。飛行時間法により得られた中性子スペクトルは、宇宙線起因の中性子の地表面におけるエネルギースペクトルとよく似ていること、RCNPの中性子強度は地表面の中性子強度の約1.510倍であることがわかった。また、300MeV以下の中性子強度とスペクトルは、米国ロスアラモス国立研究所の武器中性子研究施設(WNR)におけるそれとほぼ同じであり、PHITSコードによる中性子強度に関する計算結果はファクター2以内で一致した。RCNPのパルスあたりの中性子密度は、WNRのそれの約500倍ほど小さいが、シングルイベントの一時電流のパイルアップ確率や多重ビット反転の失敗を減少させることができることから、RCNPの中性子ビームは、SEEテストに関して実用的な時間枠の中で意義のある結果を得るのに適している。

The 30 white neutron beam at RCNP facility has been characterized as a prove suitable for testing of single event effects (SEEs) in semiconductors in the neutron energy range from 1 to 300 MeV using the 392-MeV proton incident reaction on a 6.5-cm-thick tungsten target. The neutron spectrum in measurements were demonstrated to provide a neutron spectrum similar to the terrestrial one at sea level, but with an enhancement in the intensity of a factor of 1.510. The average neutron intensity and spectrum from 10 to 300 MeV at RCNP were almost same as those at WNR. The calculated RCNP neutron flux using PHITS generally agreed with the measured RCNP data within a factor of two. As the neutron density per pulse for RCNP is 500 times lower than that for WNR, the pileup probability of single-event transient currents and false multiple-bit upsets is reduced. Such conditions at RCNP are suitable for accelerated SEE testing to get meaningful results in realistic time frame.