Titanium alloy as a potential low radioactivation vacuum material

チタン合金の低放射化真空材料としての性能評価

神谷 潤一郎   ; 引地 裕輔; 金正 倫計  ; 荻原 徳男; 福田 光宏*; 濱谷 紀彰*; 畑中 吉治*; 鎌倉 恵太*; 高久 圭二*

Kamiya, Junichiro; Hikichi, Yusuke; Kinsho, Michikazu; Ogiwara, Norio; Fukuda, Mitsuhiro*; Hamatani, Noriaki*; Hatanaka, Kichiji*; Kamakura, Keita*; Takahisa, Keiji*

高エネルギー粒子加速器や核融合装置における真空装置の特徴の一つはそれらが放射線環境下におかれるということである。これまで低放射化材料として、アルミ合金、純チタン材等が用いられてきた。それらは低放射化材料であるとともに真空特性も良好である。しかし両者とも機械強度は一般のステンレス鋼に対して劣る。そのためより機械強度の高い材料について低放射化真空材料としての可能性を調査することは有意義である。我々は低放射化真空材料としてチタン合金Ti-6Al-4Vを調査することとした。Ti-6Al-4Vはすぐれた機械強度をもつ材料であり、純チタンの利点であった低放射能や低ガス放出率が期待できる。我々は低放射化材料をJ-PARC RCSの真空装置に適用することを想定していることから、中間エネルギー(400MeV)の陽子ビームを照射しその残留線量を測定した。結果、Ti-6Al-4Vは純チタンにと同等な低放射化特性を示していることが分かった。さらに放出ガス速度も十分低く、真空材料としても適していることが分かった。本発表においてはそれらの結果をまとめて報告する。

For the vacuum systems of high-intensity beam accelerators, low radioactivation materials with good vacuum characteristics and high mechanical strength are required. The titanium alloy Ti-6Al-4V was investigated as a potential low activation vacuum material with high mechanical strength for the fabrication of vacuum components, particularly the flanges of beam pipes, in the J-PARC 3 GeV synchrotron. The dose rate of Ti-6Al-4V when irradiated by a 400 MeV proton was observed to decrease more rapidly than that of stainless steel. Furthermore, the generated radioactive isotopes were nuclides with relatively short half-lives. The outgassing rate of Ti-6Al-4V was the same as the typical value for stainless steel. Additionally, the hydrogen concentration in bulk Ti-6Al-4V was reduced to approximately 1 ppm by vacuum firing. These results indicate that Ti-6Al-4V is a good candidate for use as a low activation vacuum material with high mechanical strength.