Development status of low activation ternary Au-In-Cd alloy decoupler for a MW class spallation neutron source; 1st production of Au-In-Cd alloy

MW級スポレーション中性子源用低放射化デカップラー材Au-In-Cd合金開発の現状; Au-In-Cd合金の第一回製造

大井 元貴 ; 勅使河原 誠   ; 涌井 隆  ; 西 剛史; 原田 正英   ; 前川 藤夫  ; 二川 正敏  

Oi, Motoki; Teshigawara, Makoto; Wakui, Takashi; Nishi, Tsuyoshi; Harada, Masahide; Maekawa, Fujio; Futakawa, Masatoshi

J-PARCには、1MW核破砕中性子源が建設され、Ag-In-Cd合金がデカップラー材料(中性子吸収材)として使用されている。JSNSはAg-In-Cd合金を採用することで、MW級の核破砕中性子源として1eVのデカップリングエネルギーを実現している。しかしながらAg-In-Cdデカップラーは、中性子特性は優れているが、銀の中性子反応で生成する核種の線量が高いというデメリットがある。この問題を解決するために、Au-In-Cd合金が提案された。本研究では、Au-In-Cd合金を金の融点以下の温度で実際に作成することに成功した。また、作成したAu-In-Cd合金がデカップラーとして使用できることを確認するために、元素分布測定,熱伝達率測定を行った結果について報告する。

The Japan Spallation Neutron Source (JSNS) at the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) is developed as a 1 MW spallation neutron source. The Ag-In-Cd (AIC) alloy was adopted as a decoupler material for two decoupled moderators. A high decoupling energy at 1 eV was for the first time achieved in MW class spallation neutron source due to the adoption of the AIC alloy. Although the AIC decoupler is superior in the neutronic performance, it has a demerit in high residual radioactivity due to production of Ag-110m and Ag-108m. To overcome this demerit, Au-In-Cd alloy was proposed. We studied to make ternary Au-In-Cd alloy and successfully done it at the maximum temperature of 1123 K with diffusion of the cadmium into the gold. Uniformity of the alloy was confirmed with EDX analysis. Thermal conductivity of Au-In-Cd alloy was 87.7 W/m/K. These results show enough performance as a decoupler.