Implementation of a low-activation Au-In-Cd decoupler into the J-PARC 1 MW short pulsed spallation neutron source

低放射化Au-In-CdデカップラのJ-PARC大強度核破砕中性子源への実装

勅使河原 誠   ; 池田 裕二郎; 大井 元貴 ; 原田 正英   ; 高田 弘   ; 柿白 賢紀*; 野口 学*; 島田 翼*; 清板 恭一*; 村島 大亮*; 深谷 健*; 鹿又 研一*; 寺奥 拓史*

Teshigawara, Makoto; Ikeda, Yujiro; Oi, Motoki; Harada, Masahide; Takada, Hiroshi; Kakishiro, Masanori*; Noguchi, Gaku*; Shimada, Tsubasa*; Seita, Kyoichi*; Murashima, Daisuke*; Fukatani, Ken*; Kanomata, Kenichi*; Teraoku, Takuji*

J-PARCの1MWパルス中性子源では、中性子パルスの成形に用いるデカップラとして、異なる共鳴吸収材から構成し、1eVと高い中性子吸収エネルギーを有するAg-In-Cd合金を開発した。このデカップラによりパルス成形された中性子は、粉末解析の実験装置において最高分解能を更新したが、中性子照射によって生成される長半減期の108mAgの放射能が高いため使用済み機器の取扱においては短所であった。そこで、放射能を大幅に減らす代替材としてAuを使用したAu-In-Cd材の開発を行ってきた。しかしながら、実機のモデレータ・反射体に実用化する上で、大型のAu-In-Cd板と構造材のA5083材とをHIP接合し十分な接合強度を得ることが課題であった。本研究では、Au-In-Cd材の表面状態、大型化した熱容量の変化による接合部界面温度に関わる検討を行い、実規模大のHIP接合において、最適接合条件を見つけることができた。この結果、反射体へのAu-In-Cd材の実用化に成功し、中性子性能を損なわず、大幅な放射能低減の見通しを得た。

We developed an Au-In-Cd (AuIC) decoupler material to reduce induced radioactivity instead of Ag-In-Cd one, which has a cut off energy of 1eV. In order to implement it into an actual moderator-reflector assembly, a number of critical engineering issues need to be resolved with regard to large-sized bonding between AuIC and A5083 alloys by the hot isostatic pressing process. We investigated this process in terms of the surface conditions, sizes, and heat capacities of large AuIC alloys. We also show a successful implementation of an AuIC decoupler into a reflector assembly, resulting in a remarkable reduction of radioactivity by AuIC compared to AIC without sacrificing neutronic performance.