Measurement of the energy spectrum of spallation neutron emitted to the most backward angle of 180 produced from thick mercury target irradiated with 3 GeV protons

3GeV陽子を用いた厚い水銀標的から180に発生する核破砕中性子のエネルギースペクトル測定

松田 洋樹  ; 明午 伸一郎   ; 岩元 大樹   ; 竹下 隼人*

Matsuda, Hiroki; Meigo, Shinichiro; Iwamoto, Hiroki; Takeshita, Hayato*

加速器駆動システム(ADS)や大強度核破砕中性子源の陽子ビーム入射側となる最後方に放出される中性子のエネルギースペクトルは遮蔽設計において重要であるが、その実験データは乏しい。そこでJ-PARCの物質・生命科学実験施設の水銀標的に3GeV陽子を照射し、陽子ビーム方向に対し180に発生した核破砕中性子のスペクトル測定を行った。実験では液体シンチレータ(NE213)を用い飛行時間法による中性子スペクトルを測定した。エネルギ分解能を高めるため、検出器は水銀標的から126mに設置し、1MeV程度の低エネルギ中性子を測定するため直径8mmの小型のシンチレータを用いた。中性子の絶対的な検出効率はSCINFUL-Rコードの計算値を用いた。10MeV以下のエネルギ領域ではCf線源を用いた実験結果による補正を行った。その結果、INCL4.6/GEMモデルを用いたPHITS計算が20MeV以下のエネルギ範囲において実験値とよい一致を示すことが分かった。

Even though the neutron spectrum produced to most backward along the proton beam direction is essential for the shield design for Accelerator-Driven System (ADS) and high-intensity spallation neutron source, the experimental data are scarce. For the validation of source term of radiation, we have measured the energy spectrum of the neutron emitted to the most backward angle of 180 produced from mercury target irradiated with 3 GeV proton at the Material Life Science Experimental Facility (MLF) in J-PARC. In the experiment, the spectrum was measured by time-of-flight (TOF) method with the liquid scintillator (NE213) placed at the upstream of the bending magnet with flight-path of 126 m to the mercury target in order to obtain high energy resolution. In order to obtain low energy neutron around at 1 MeV, a small scintillator was employed. The neutron detection efficiency was calculated with the SCINFUL-R code with the correction of experimental result with Cf source in low energy region less than 10 MeV. It was found that the PHITS calculation with INCL4.6 and GEM is in good agreement with the experiment in the energy reason less than 20 MeV.