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Study on B$$_{4}$$C decoupler with burn-up reduction aiming at 1-MW pulsed neutron source

1MWパルス中性子源のためのB$$_{4}$$Cデカップラーの燃焼抑制に関する研究

大井 元貴; 勅使河原 誠; 原田 正英; 池田 裕二郎

Oi, Motoki; Teshigawara, Makoto; Harada, Masahide; Ikeda, Yujiro

パルス中性子源において、減速材から放出される中性子パルスを細くして、エネルギー分解能を向上させるためにデカップラーと呼ばれる中性子吸収材が使用される。カドミウムとB$$_{4}$$Cはデカップラーとして広く使用されている。しかしながら、B$$_{4}$$Cは中性子吸収に伴うホウ素の燃焼とヘリウムガスの生成のために、MW級中性子源においては、その使用は困難であると考えられてきた。この問題を解決するために、B$$_{4}$$Cを別の中性子吸収材で挟むプレデカップラーの概念を導入し、B$$_{4}$$Cの中性子吸収の削減を目的として、簡易的なモデルを使用した計算により、プレデカップラーのB$$_{4}$$Cデカップラーの燃焼に対する影響について計算を行った。結果として、カドミウムプレデカップラーにより中性子強度の減少なしに、B$$_{4}$$Cの中性子吸収を60%削減する効果がみられた。また、プレデカップラーにより、B$$_{4}$$Cのガススウェリングは、三分の一に抑えられる。

In pulsed neutron sources, a neutron absorber called decoupler is attached to the moderator to sharpen the neutron pulses for achieving good neutron energy resolutions. Cadmium and boron carbide (B$$_{4}$$C) are widely used as the decoupler materials. However, it is difficult to use B$$_{4}$$C in MW-class spallation neutron sources owing to high burn-up, which decreases cut-off energy and increase of helium gas swelling. To solve these issues, we introduce the concept of pre-decoupler to reduce neutron absorption in the B$$_{4}$$C decoupler, which is sandwiched by appropriate neutron absorption materials. Then, we study impacts of the pre-decouplers on B$$_{4}$$C decoupler in terms of burn-up by performing simplified model calculations. It is shown that neutron absorption in B$$_{4}$$C is reduced by 60% by using a Cd pre-decoupler without neutron intensity penalty. Moreover, helium gas swelling in B$$_{4}$$C is restrained to be one-third of the value when not using the pre-decoupler.

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