Study on BC decoupler with burn-up reduction aiming at 1-MW pulsed neutron source

1MWパルス中性子源のためのBC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BC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、BC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、BC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、BC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BC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、BC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、BC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 (BC) are widely used as the decoupler materials. However, it is difficult to use BC 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 BC decoupler, which is sandwiched by appropriate neutron absorption materials. Then, we study impacts of the pre-decouplers on BC decoupler in terms of burn-up by performing simplified model calculations. It is shown that neutron absorption in BC is reduced by 60% by using a Cd pre-decoupler without neutron intensity penalty. Moreover, helium gas swelling in BC is restrained to be one-third of the value when not using the pre-decoupler.