Measurement of displacement cross section of structural materials utilized in the proton accelerator facilities with the kinematic energy above 400 MeV

陽子加速器施設で用いられる構造材における運動エネルギー400MeV以上の弾き出し断面積の測定

明午 伸一郎   ; 松田 洋樹  ; 岩元 洋介   ; 吉田 誠*; 長谷川 勝一   ; 前川 藤夫  ; 岩元 大樹   ; 中本 建志*; 石田 卓*; 牧村 俊助*

Meigo, Shinichiro; Matsuda, Hiroki; Iwamoto, Yosuke; Yoshida, Makoto*; Hasegawa, Shoichi; Maekawa, Fujio; Iwamoto, Hiroki; Nakamoto, Tatsushi*; Ishida, Taku*; Makimura, Shunsuke*

加速器駆動型核変換システム(ADS)では、加速器の真空領域と標的領域の隔壁となるビーム入射窓の開発が重要となる。ビーム窓の損傷評価には、原子当たりの弾き出し数(DPA)が用いられるが、DPAの導出に用いられる弾き出し断面積の実験データは20MeV以上のエネルギー領域の陽子に対しほとんどないため、ADSにおいて重要な0.43GeV陽子における弾き出し断面積の測定を開始した。弾き出し断面積は、損傷を維持するため極低温に冷却された試料の陽子入射に伴う抵抗率変化を陽子フルエンスとフランケル対当たりの抵抗率変化で除することにより導出できる。実験はJ-PARCセンターの3GeV陽子シンクロトロン施設で行い、試料には銅を用いた。実験で得られた断面積と一般的に弾き出し断面積の計算に使用されるNRTモデルの計算との比較の結果、NRTモデルの計算は実験を約3倍過大評価することが判明した。

R&D of the beam window is crucial in the ADS, which serves as a partition between the accelerator and the target region. Although the displacement per atom (DPA) is used to evaluate the damage on the window, experimental data on the displacement cross section is scarce in the energy region above 20 MeV. We started to measure the displacement cross section for the protons in the energy region between 0.4 to 3 GeV. The displacement cross section can be derived by resistivity change divided by the proton flux and the resistivity change per Frankel pair on cryo-cooled sample to maintain damage. Experiments were conducted at the 3 GeV proton synchrotron at the J-PARC Center, and copper was used as samples. As a result of comparison between the present experiment and the calculation of the NRT model, which is widely used for calculation of the displacement cross section, it was found that the calculation of the NRT model overestimated the experiment by about 3 times.