Progress of target system operation at the pulsed spallation neutron source in J-PARC

J-PARCのパルス核破砕中性子源におけるターゲットシステムの運転に関する進捗

高田 弘   ; 直江 崇   ; 甲斐 哲也   ; 粉川 広行  ; 羽賀 勝洋  

Takada, Hiroshi; Naoe, Takashi; Kai, Tetsuya; Kogawa, Hiroyuki; Haga, Katsuhiro

J-PARCでは、パルス核破砕中性子源の水銀ターゲットを1MWの設計ビーム強度で運転するために継続的に様々な努力を行ってきた。1つの技術的な進歩は、3GeVの陽子ビームが25Hzの繰り返しで入射される際にターゲット容器の尖頭部に誘起されるキャビテーション損傷の低減である。水銀ターゲットへの微小気泡注入の性能を向上させた結果、300kWの陽子ビームで2050MWhの運転を行った後で、ターゲット容器の内側表面に顕著なキャビテーション損傷がないことを観測した。これとは別に、ターゲット容器を交換する際に放出される気体状の放射性物質、特にトリチウムの量を抑制においても進展があった。ターゲット容器交換の際、ターゲットシステムが開放されるときに、その内部の空気を気体廃棄物処理設備に引き込む手順を加えることによって、スタックからのトリチウム放出を抑制した。例えば、2050MWhの運転後の場合、放出されたトリチウム量は12.5GBqであり、これば予測値の5.4%に留まった。このような進展に基づき、2015年4月から核破砕中性子源の運転ビーム強度は500kWに増強された。

In J-PARC, we have continuously been making efforts to operate a mercury target of a pulsed spallation neutron source with rated power of 1-MW. One of technical progresses is to mitigate cavitation damages at the target vessel front induced by the 3-GeV proton beam injection at 25 Hz. We have improved the performance of a gas micro-bubbles injection into the mercury target, resulting that no significant cavitation damages was observed on the inner surface of target vessel after operation for 2050 MWh with the 300-kW proton beam. Another progress is to suppress the release of gaseous radioactive isotopes, especially tritium, during the target vessel replacement. We have introduced a procedure to evacuate the target system by an off-gas processing apparatus when it is opened during the replacement operation, achieving to suppress the tritium release through the stack. For example, the amount of released tritium was 12.5 GBq, only 5.4% of the estimated amount, after the 2050 MWh operation. After these progresses, the operating beam power for the pulsed spallation neutron source was ramped up to 500-kW in April, 2015.