Optimization of a slab geometry type cold neutron moderator for RIKEN accelerator-driven compact neutron source

理研小型中性子源のスラブ型冷中性子モデレータの最適化

Ma, B.*; 勅使河原 誠   ; 若林 泰生*; Yan, M.*; 橋口 隆生*; 山形 豊*; Wang, S.*; 池田 裕二郎*; 大竹 淑恵*

Ma, B.*; Teshigawara, Makoto; Wakabayashi, Yasuo*; Yan, M.*; Hashiguchi, Takao*; Yamagata, Yutaka*; Wang, S.*; Ikeda, Yujiro*; Otake, Yoshie*

理研加速器駆動型小型中性子源における冷中性子モデレータの最適化を行った。安全かつ管理の容易な物質であるメシチレンをモレデータ材として選択し、粒子・重イオン輸送計算コードシステム(PHITS)を用いて、20Kメシチレンモデレータに室温ポリエチレン(PE)プレモデレータ組み合わせ、スラブ形状で結合した冷中性子の最適化を行った。冷中性子強度を増加させるために、メシチレンとPEの厚さ, 反射体、及び遮へい配置のパラメータを検討した。中性子発生ターゲットから2mの位置で冷中性子強度1.1510n/cm/Aを達成した。これは現在のPEモデレータの12倍である。メシチレンが冷中性子モデレータ材料として魅力的なモデレータ材であることを示した。

We have optimized a cold neutron moderator to be operated at the RIKEN accelerator-driven compact neutron source. We selected a safe and easy to manage material, mesitylene, as the RANS cold moderator. An efficient moderator system was designed by studying and optimizing a coupled cold neutron moderator of mesitylene at 20 K with a polyethylene (PE) pre-moderator at room temperature in the slab geometry with Particle and Heavy Ion Transport code System (PHITS) simulations. The parameters of mesitylene and PE thickness, the reflector, and the shielding configuration were studied to increase cold neutron intensities. Consequently, an integrated cold neutron intensity of 1.1510n/cm/A at 2 m from the neutron-producing target was finally achieved, which was 12 times higher than that of the current PE moderator. The results showed attractive application prospect of mesitylene as cold neutron moderator material.