J-PARC RCSにおける荷電変換薄膜からの2次粒子計測の開発状況

Development status of secondary particles measurement from stripper foil in J-PARC RCS

吉本 政弘  ; 岡部 晃大  ; 金正 倫計  

Yoshimoto, Masahiro; Okabe, Kota; Kinsho, Michikazu

J-PARC 3GeVシンクロトロン加速器(RCS)では、1MWの大強度陽子ビームを実現するために、炭素薄膜を用いた荷電変換ビーム多重入射方式を採用している。この荷電変換薄膜の周辺には高い残留線量が測定されており、その原因は荷電変換薄膜と入射及び周回ビームとの相互作用により生成された2次粒子(陽子及び中性子)によるものと考えられる。現在、JSP科研費JP16K05027を受け、2次粒子を直接計測するための新しい放射線計測器を開発中である。この計測器は、スチルベン結晶を用いた有機シンチレータと通常のプラスチックシンチレータを組み合わせたもので、2次粒子である陽子・中性子・線を弁別することを目的としている。開発の第1段階としてのスチルベンシンチレータの組み立てと中性子・線弁別の性能試験を実施した。RCSのサブトンネル内では、中性子及び線のみが存在することが分かっている。この環境下で開発中のスチルベンシンチレータを用いた放射線計測を実施し、中性子と線の弁別ができることを確かめた。本発表では、このサブトンネル内で実施した性能試験について報告する。

The 3 GeV Rapid Cycling Synchrotron (RCS) of the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) adopts the charge-exchange multi-turn beam injection with stripper foils to achieve 1 MW class high power beam operation. Residual dose measurement and particle simulation by the PHTS suggest that the high radio-activation at the injection area is caused by the secondary particles generated by interaction between the stripper foil and the injecting and circulating beam. In order to measure the secondary particles from the stripper foil directly, a new radiation detector combined Stilbene of an organic scintillator and a normal plastic scintillator is developed. This new radiation detector aims for discrimination among proton, neutron, and gamma ray. In the first step of the development, Stilbene scintillator is assembled and tested in the RCS utility tunnel, where proton does not exist because there is the thick concrete shield between the accelerator tunnel and the utility tunnel. The Stilbene scintillator can detect and discriminate the neutron and gamma ray experimentally. In this presentation, we report the discrimination test with the Stilbene scintillator in the utility tunnel in detail.