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Current status of the high intensity pulsed spallation neutron source at J-PARC

J-PARCの高強度パルス核破砕中性子源の現状

高田 弘

Takada, Hiroshi

大強度陽子加速器施設(J-PARC)のパルス核破砕中性子源は、以下に示す独自の特長を有するモデレータを用いて高強度かつ幅の狭いパルス状の冷中性子を供給している。独自の特長とは、(1)100%比率のパラ水素を用いることでピークが高くテイル成分の低い中性子パルスをつくる、(2)直径14cm、高さ12cmの円筒形状とすることで、50.8$$^{circ}$$という広い取り出し角度範囲で高強度の中性子を利用できる、(3)銀-インジウム-カドミウム合金製の中性子吸収材を使用し、幅が狭く、テイル成分の低い中性子パルスをつくる、というものである。実際、低出力運転時の測定によって、1MWの運転時には、結合型モデレータで4.5$$times$$10$$^{12}$$n/cm$$^{2}$$/s/srの中性子束が得られ、ポイズン型モデレータを使用する中性子実験装置(BL08)では$$Delta$$d/d 0.035%の優れた分解能が得られることを確認した。ここで、dは結晶試料内のある方向の格子面と中性子の入射方向とのなす角度に垂直な方向の面間隔を意味する。1MWで年間5000時間の運転を行うという目標の達成に向けて、現在、微少気泡を水銀ターゲットに注入し、ターゲット容器に生じるキャビテーション損傷を抑制する技術開発やターゲット容器構造を溶接部やボルト接続をできるだけ減らす設計改良を行っている。

The pulsed spallation neutron source of Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) has been supplying users with high intensity and sharp pulse cold neutrons using the moderators with following distinctive features; (1) 100% para-hydrogen for increasing pulse peak intensity with decreasing pulse tail, (2) cylindrical shape with 14 cm diam.$$times$$12 cm long for providing high intensity neutrons to wide neutron extraction angles of 50.8$$^{circ}$$, (3) neutron absorber made from Ag-In-Cd alloy to make pulse width narrower and pulse tails lower. Actually, it was measured at a low power operation that high neutron intensity of 4.5$$times$$10$$^{12}$$ n/cm$$^{2}$$/s/sr could be emitted from the coupled moderator surface for 1-MW operation, and a superior resolution of $$Delta$$d/d = 0.035% was achieved at a beamline (BL8) with a poisoned moderator, where d is the d-spacing of reflection. Towards the goal to achieve the target operation at 1-MW for 5000 h in a year, technical developments to mitigate cavitation damages on the target vessel with injecting gas micro-bubbles into mercury target and design improvement of target vessel structure to reducing welds and bolt connections as much as possible are under way.

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