Measurement of displacement cross sections of aluminum and copper at 5 K by using 200 MeV protons

200MeV陽子を用いた5Kにおけるアルミニウム及び銅のはじき出し断面積測定

岩元 洋介   ; 吉田 誠*; 義家 敏正*; 佐藤 大樹   ; 八島 浩*; 松田 洋樹  ; 明午 伸一郎   ; 嶋 達志*

Iwamoto, Yosuke; Yoshida, Makoto*; Yoshiie, Toshimasa*; Satoh, Daiki; Yashima, Hiroshi*; Matsuda, Hiroki; Meigo, Shinichiro; Shima, Tatsushi*

加速器施設の材料損傷評価で使用される放射線輸送計算コードのはじき出し損傷モデルを検証するため、大阪大学核物理研究センターのサイクロトロン施設において、極低温下での200MeV陽子照射による、はじき出し断面積の導出に必要な金属試料の照射欠陥に伴う電気抵抗増加を測定した。照射装置は、GM冷凍機を用いて2つの照射試料を同時に熱伝導冷却する構造とし、熱伝導と電気的絶縁性に優れた2枚の窒化アルミ板により、照射試料となる直径250mのアルミニウム及び銅線を挟み込む構造とした。その結果、ビーム強度3nA以下において温度5K以下を保ちつつ、欠陥に伴う金属の電気抵抗率増加の測定に成功した。また、照射前後の電気抵抗率変化、陽子フルエンス及びフレンケル対あたりの抵抗率増加から導出したはじき出し断面積は欠陥生成率を考慮したPHITSの計算値に近いことがわかった。

To validate the displacement damage model in radiation transport codes used for the estimation of radiation damages at accelerator facilities, we measured electrical resistance increase of aluminum and copper induced by radiation defects under the cryogenic 200 MeV proton irradiation. The irradiation device had the structure to cool two irradiation samples at same time using thermal conductance. The aluminum and copper wire with 250 m diameter was sandwiched between two AlN plates with excellent thermal conductivity and electrical insulation. As a result, temperature of irradiation samples was kept at below 5 K under proton irradiation with beam intensity below 3 nA. The experimental displacement cross section agreed with calculated results with defect production efficiency.