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Development of experiment system for tritium release behavior from mercury spallation neutron target at J-PARC

J-PARCの核破砕中性子ターゲットからのトリチウム放出挙動の実験装置の開発

増田 志歩; 甲斐 哲也   ; 原田 正英   ; 木下 秀孝   ; 若井 栄一  ; 根本 英幸; 池田 裕二郎; 羽賀 勝洋  

Masuda, Shiho; Kai, Tetsuya; Harada, Masahide; Kinoshita, Hidetaka; Wakai, Eiichi; Nemoto, Hideyuki; Ikeda, Yujiro; Haga, Katsuhiro

J-PARCの物質・生命科学実験施設では、水銀の核破砕反応により中性子を生成している。水銀ターゲットの容器を交換する際、気体状の核破砕生成物が水銀循環系外へ放出される可能性がある。これら気体状の放射性核種の放出を低減するために、交換に先立って系内の浄化作業を行う必要がある。ヘリウムパージによって希ガスの放出は低減できるが、トリチウムはほとんど低減効果がなかった。水銀の核破砕反応により生成したトリチウムの多くは、ステンレス製の水銀ターゲット容器や配管の内壁などに取り込まれ、浄化作業や容器交換作業を通して少しずつ脱離していくと考えている。しかし、水銀存在下におけるトリチウムの挙動のデータはほとんど存在せず、推測の域を出ない。そこで、われわれはトリチウムの定量的な現象をとらえることで、容器交換の際のトリチウム放出量を低減することを目的として、実験を行うことにした。まずは、トリチウムのかわりに重水素を使用した試験を行うため、コールド試験装置を製作した。この装置を使用して、真空下, 調湿条件, 水銀共存下など条件を変え、ステンレス試料に対しどのように重水素が蓄積し、放出するかを調べる。装置の詳しい仕様や試験計画は当日述べる。

In the Materials and Life science experimental Facility at J-PARC, pulsed neutrons are provided by a mercury target via spallation reactions. During the target vessel replacement, gaseous spallation products are released from the mercury circulation system to outside. The release of radioactive gases needs to be reduced to a negligibly small level by a purging process in advance of replacement. The radioactivity of noble gases decreased by the purging process while that of tritium was almost unchanged. It is considered that most of tritium produced in mercury is accumulated in the vessel made of stainless-steel and is gradually desorbed during the purging and the vessel replacement. However, there have been no effective data associated with tritium behavior in an environment of mercury spallation target. Then, authors decided to develop an experimental system to understand these phenomena quantitatively and to discuss procedures to minimize tritium release during the vessel replacement. As a first step, we start experiments using deuterium before using tritium. Accumulation and release behaviors of deuterium to stainless-steel are examined under vacuum, controlled humidity and mercury coexistence conditions. Results are expected to be used to establish safer the target vessel replacement.

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