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中性子および陽子入射のアルミニウムの弾き出し断面積

Displacement cross-section of aluminum induced by neutrons and protons

明午 伸一郎  ; 松田 洋樹 ; 岩元 洋介  ; 中野 敬太  

Meigo, Shinichiro; Matsuda, Hiroki; Iwamoto, Yosuke; Nakano, Keita

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、われわれはJ-PARC 3GeVシンクロトロン加速器施設およびMR加速器施設において、0.4$$sim$$30GeVの陽子入射に伴うアルミニウムの弾き出し断面積を測定した。J-PARCの物質・生命科学実験施設(MLF)の核破砕中性子源では、アルミ合金製の陽子ビーム窓を用いており、建設計画中の試験では、陽子ビーム窓はMLFより高い電流密度のビームを受けるため、さらに高い精度の弾き出し評価が必要となる。核破砕反応で生成する中性子による窓の弾き出しの評価には、中性子入射の弾き出し断面積の比較検討が重要であるので、極低温に冷却したアルミニウム試料に対する14MeV中性子の照射に伴う実験データより中性子入射における弾き出し断面積を導出し、陽子入射の弾き出し断面積と比較検討した。

In high-intensity proton accelerator facilities such as ADS, damage estimation of materials is important. Displacement induced by radiation is estimated by the number of displacements per atom (dpa), which is given by the displacement cross-section and the particle flux. Although experimental data are required to validate the calculation model for the displacement cross-section, the experimental data is scarce in the energy region higher than 20 MeV. We carried out the experiment for proton incident at the J-PARC 3GeV synchrotron and MR accelerator facilities. Aluminum alloy has been utilized as the proton beam window for the spallation neutron source at J-PARC. In the future planned facilities at J-PARC, the proton beam window will receive a beam with a higher current density than MLF. It is important to compare the cross-section of neutrons incident to evaluate the displacement of beam windows by neutrons. From the past experimental data irradiated with the 14 MeV neutrons on an aluminum sample cooled to cryotemperature.

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