Benchmarking experiments of displacement cross-sections for high-energy proton irradiation with cryogenic-sample

極低温試料を用いた高エネルギー陽子照射によるはじき出し断面積のベンチマーク実験

岩元 洋介   

Iwamoto, Yosuke

加速器施設の材料損傷評価において、PHITS等のモンテカルロ粒子輸送計算コードが用いられている。発表者らは、PHITS等による計算モデルの検証を目的として、京都大学のFFAG加速器施設や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実験研究を進めている。この実験では、高エネルギー陽子照射によるはじき出し断面積の導出に必要な、極低温の試料の照射欠陥に伴う電気抵抗率増加の測定を進めている。本発表では125MeV及び200MeV陽子ビームをアルミニウム及び銅に照射した際の電気抵抗率測定について紹介する。実験では、ギフォード・マクマフォン冷凍機を用いた陽子照射装置に直径0.25mmのアルミニウム及び銅線を装着して、試料を10K程度の極低温まで冷却し、電気抵抗率を測定した。実験に基づいて導出したアルミニウム及び銅のはじき出し断面積の値とPHITSの計算値を比較した結果、従来広く使用されているNRT-dpaモデルの計算値は実験値を数倍過大評価するが、欠陥生成効率を含むarc-dpaモデルの計算値は実験値と良く一致することがわかった。

For validation of the radiation damage model in Monte Carlo particle transport codes such as PHITS, presenters are continuing measurements of the defect-induced electrical resistivity increase of cryogenic-samples under high-energy proton irradiation related to the displacement cross section. In this presentation, I will introduce measurements of electrical resistivity of aluminum and copper under 125 and 200 MeV proton irradiation at the FFAG accelerator facility in Kyoto University and the cyclotron facility in the Research Center for Nuclear Physics (RCNP), Osaka University. A comparison of experimental displacement cross sections with calculated results using PHITS indicated that the arc-dpa model with the defect production efficiencies provided a better quantitative description of the displacement cross-section than NRT-dpa, which have been widely used.