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8GeVおよび30GeV陽子における弾き出し断面積測定

Measurement of displacement cross section for 8-GeV and 30-GeV protons

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

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

加速器駆動核変換システム(ADS)等の大強度陽子加速器施設では、ビーム窓や標的に用いられる材料の損傷評価が重要となる。放射線に起因する材料の弾き出し損傷は、弾き出し断面積と粒子束との積による原子あたりの弾き出し数(dpa)により評価される。弾き出し断面積の計算モデル評価には実験データが必要だが、20MeV以上のエネルギー領域に実験データはほとんど無かったため、本グループでは以前にJ-PARC 3GeVシンクロトロン加速器施設において、3GeV以下の陽子入射における弾き出し断面積を測定した。本研究では計算モデルのより高エネルギー領域での適用性確認を目的とし、J-PARCメインリング(MR)加速器施設において、8GeVおよび30GeV陽子の弾き出し断面積を測定し、計算モデルとの比較検討を行った。その結果、NRTモデルによる計算値は、3GeV以下のエネルギー範囲と同様に、実験値より2$$sim$$4倍程度過大であった。欠陥の非熱的な再結合を補正したarcモデルによる計算は、30GeVまでのエネルギー範囲においても実験をよく再現した。また、弾き出し断面積は3GeV以上のエネルギー領域において、標的元素の質量数の1.2乗に比例し、ほぼ一定の値となることが示された。

In high-intensity proton accelerator facilities, the evaluation of the damage of the materials used for the beam window is essential. The damage is widely estimated by the dpa given by the displacement cross-section. Since the experimental data of the cross-section were scarce, we have started the experiment in the energy region less than 3 GeV. In order to confirm the applicability of the calculation model in the higher energy region, the cross-sections for 8 GeV and 30 GeV protons were measured at the J-PARC MR. The calculation by the NRT model showed overestimation about 2 to 4 times, as shown in the energy range below 3 GeV. It was found that the calculation with the athermal recombination correction model showed remarkably good agreement with the experiment in the energy range up to 30 GeV. It was also shown that the cross-section in the energy region above 3 GeV is proportional to the 1.2th power of the mass number of the target element.

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