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Primary knock-on atoms for accelerator facilities; Simulations and experimental design

陽子加速器における一次はじき出し原子の研究; シミュレーションと実験設計

Tsai, P.-E.; 岩元 洋介  ; 萩原 雅之*

Tsai, P.-E.; Iwamoto, Yosuke; Hagiwara, Masayuki*

陽子加速器における放射線損傷評価に対する一次はじき出し原子(PKA)の重要性について、PHITSを用いて明らかにする研究を進めている。ここで、PHITSによる正確なはじき出し断面積の計算値を得るため、PHITSの物理モデルをPKAの実験値により検証することが重要となる。そこで、優れた低エネルギー測定下限値と質量分解能を持ったPKAデータの測定を可能とするため、新しい測定システムを開発した。東北大学サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター(CYRIC)において、70MeV陽子ビームを用いて本測定システムの一部である$$Delta E$$-$$E$$ガス電離箱の動作テストを実施した結果、920-nm厚さの炭素から生成する核子あたり1MeVのエネルギー下限値をもった炭素, ホウ素, ベリリウム, リチウム及びヘリウムを識別することができた。今後、重いターゲットや高い陽子エネルギーを用いて実験を継続していく予定である。

The importance of PKA characteristics to radiation damage assessment for proton accelerators has been demonstrated in the paper by the PHITS simulations. In order to obtain accurate results of displacement cross section calculated by PHITS, it is therefore critical to have the physics models implemented in PHITS be properly validated by experimental data. With the new measurement system, which has been being developed here at JAEA, it is expected to provide experimental PKA data with low measurement thresholds and good mass resolutions. The test result we obtained at CYRIC, Tohoku University, for the $$Delta E$$-$$E$$ gas ionization chamber as a part of the new measurement system was very promising. We were able to successfully distinguish C, B, Be, Li, and He elements with threshold energies lower than 1 MeV/nucleon in the configuration of 70-MeV proton beam and 920-nm thick C target. More experiments and tests shall continue in the future with heavier targets and higher proton beam energies.

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