核破砕中性子源用低放射化熱中性子吸収材Au-In-Cd合金の開発

Development of the Au-In-Cd alloy for low-activation thermal neutron absorber for spallation neutron source

大井 元貴 ; 勅使河原 誠   ; 原田 正英   ; 春日井 好己  

Oi, Motoki; Teshigawara, Makoto; Harada, Masahide; Kasugai, Yoshimi

大強度陽子加速器施設(J-PARC)の1MW核破砕中性子源施設(JSNS)では、パルス状の中性子ビームを物質の構造・機能を解明するための実験に供している。高い分解能を求める実験には、時間減衰の早いシャープな中性子パルスが有効であり、この目的のためにデカップラーと呼ぶ熱中性子吸収材を用いる。JSNSでは、複数の共鳴吸収材を組合せたAg-In-Cd合金の開発を行ってきた。しかしながら、Ag-In-Cd合金は残留放射能の半減期が長いため、代替材料の開発に着手した。核計算によりAgをAuに置き換えたAu-In-Cdの組合せで、中性子パルス性能が同等、かつ放射能を1/1000に低減できることを明らかにした。しかし、過去にAu-In-Cd合金を作製した例はないに等しい。そこで、本研究ではAuとCdの拡散を利用してAuの融点より低い温度でCdの蒸発量を抑制しつつ、合金を製造することを目的とした。粒状のAu, In, Cdをアルミナ製坩堝内に入れ、1気圧Ar雰囲気内で加熱溶解を行い、均質なAu-In-Cd合金材の製造に成功した。

The Japan Spallation Neutron Source (JSNS) is a 1 MW pulsed neutron source of the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). In order to produce the neutron beams with narrow width and fast decay, thermal neutron absorber (decoupler) is adopted to the moderator. For the first moderator, we developed a Ag-In-Cd decoupler. However, Ag-In-Cd decoupler also has a disadvantage of residual radioactivity, such as 108 mAg. The authors have focused on the development of a low activated decoupler for the second moderator. A combination of gold(Au), indium(In) and cadmium(Cd) was selected as the decoupler material. From the viewpoint of neutronics, we found that the Au-In-Cd decoupler provided three orders of magnitude lower radioactivity than the Ag-In-Cd one without sacrificing the neutronic performance. However, there were almost no data about Au-In-Cd alloy production. Purpose of this study is development of the Au-In-Cd alloy.