第2ターゲットステーションの技術的検討の現状

Present status of technical design study for the second target station at MLF in J-PARC

原田 正英   ; 牧村 俊助*; 河村 成肇*; 下村 浩一郎*

Harada, Masahide; Makimura, Shunsuke*; Kawamura, Naritoshi*; Shimomura, Koichiro*

J-PARCのMLFは、3GeV、1MWの陽子ビームにより、炭素標的に当ててミュオンビームを発生させるミュオン源と、水銀標的にフルストップさせ核破砕反応により中性子を生成する核破砕中性子源と持ち、ミュオンビームを利用するミュオン実験装置と、冷熱中性子による中性子散乱実験を行う中性子実験装置が設置されている。これらは、第1ターゲットステーション(TS1)とされ、2008年より運転を開始したTS1は、2018年12月現在、500kWで共用運転を行っている。将来計画の一環として、MLF第2ターゲットステーション(TS2)の検討を進めている。TS2は、中性子とミュオンの両方を取り出し可能なタングステン回転標的を主案とし、陽子ビームを高密度化し、冷熱中性子を供給する減速材をできる限り標的に近づけ、減速材をやや平坦化することにより、中性子の輝度増を考えている。回転標的は、タングステンブロックを束ねてヘリウム冷却のみで冷却できる構造とし、ミュオン源と共存することで、ミュオン及び中性子の発生・利用効率の向上を期待している。ビーム出力については、加速器の総出力を1.5MWに増強することを主案としているが、TS1とTS2で750kWずつとするか、TS1で1MW、TS2で500kWとするかなど、繰り返し周波数との関係で、検討の余地を残している。現在は、TS2の最適化を進めており、TS1と比較すると、中性子の強度(輝度)は単位出力当たり10倍、ミュオンの強度は、単位出力当たり50倍となる可能性が得られている。本発表では、TS2の基本仕様を紹介し、中性子工学的な検討状況、最適化の結果を示す。

In MLF at J-PARC, 3GeV and 1MW proton beam induces a carbon target and mercury target to provide muon beam to muon instruments and neutron beam to neutron instruments, respectively. The facility, called the first target station, "TS1", starts to operate from 2008 and operates with 500kW stably as of December 2018. As one of future plans, a plan of the second target station, "TS2", is progressing. As a main plan, TS2 has a tungsten rotating target to provide both neutron and muon, and higher neutron brightness are expected by adopting higher density of proton beam, closer moderators to the target, flatter moderator and so on. The rotating target cooled by helium gas is also expected to increase neutron and muon intensities with a coexistence of them. At present status, optimization studies of TS2 are progressing, the results preliminary indicate that the neutron brightness and the muon intensity are increased 10 and 20 times higher than that of TS1, respectively.