J-PARC核破砕中性子源における核発熱及び冷熱中性子強度の陽子ビームの形状及び入射位置依存性

Nuclear heat and cold-thermal neutron intensity dependence on proton beam profile and incident position at the J-PARC spallation neutron source

原田 正英   ; 粉川 広行  ; 直江 崇   ; 涌井 隆  ; 羽賀 勝洋  ; 明午 伸一郎   ; 大井 元貴 ; 高田 弘   

Harada, Masahide; Kogawa, Hiroyuki; Naoe, Takashi; Wakui, Takashi; Haga, Katsuhiro; Meigo, Shinichiro; Oi, Motoki; Takada, Hiroshi

J-PARCの物質・生命科学実験施設の核破砕中性子源は、水銀ターゲットに3GeV、1MWの陽子ビームを入射し、核破砕反応で発生する中性子を実験装置に供給している。ターゲット位置での陽子ビーム形状や位置変化は、水銀ターゲット容器の構造的健全性や実験装置に供給する中性子強度に影響を与える。本研究では、ニュートロニクスの観点から、陽子ビームの形状や位置を変化させた際の水銀ターゲット容器の核発熱及び中性子強度の変化を測定し、測定結果と粒子輸送計算との比較を行い、粒子輸送計算の妥当性を検証した。中性子強度の測定は、中性子実験装置NOBORUにて、He-3カウンタによる飛行時間法により行った。核発熱は、ターゲット容器に設置している熱電対の温度上昇速度から導出した。陽子ビームの強度及びプロファイルの条件毎に、中性子強度及び核発熱密度を測定した。粒子輸送計算コード(MCNPX, PHITS)を用い、測定値と実験値とを比較した結果、計算値は実験値と良い一致を示した。

At spallation neutron source in J-PARC, 3 GeV and 1 MW proton beam hits into the mercury target and neutron beam is provided to neutron instruments. Changes of proton beam shape and position affect the structural integrity of the mercury target container and the neutron intensity providing to the neutron instruments. In the study, from the viewpoint of neutronics, changes of nuclear heat and neutron intensity were measured as the shape and the position of the proton beam were changed. The neutron intensity was measured with time-of-flight method using a He-3 counter at the neutron instrument, NOBORU. The nuclear heat was derived from the temperature rise rate of the thermocouple installed in the target container. The neutron intensity and nuclear heat were measured in each case of the proton beam condition. As a result of a comparison of the calculated value using the particle transportation calculation code (MCNPX and PHITS) with the measured one, it is in good agreement.