Measurement of displacement cross section for high-energy protons at FNAL and CERN and future plan for material damage using 400 MeV protons at J-PARC

FNALとCERNにおける高エネルギー陽子によるはじき出し断面積の測定と、J-PARCにおける400MeV陽子線による材料損傷の将来計画

明午 伸一郎   ; 岩元 洋介   

Meigo, Shinichiro; Iwamoto, Yosuke

材料の損傷指標である原子あたり変位量(dpa)は、粒子束とはじき出し断面積から求められる。しかし断面積の実験データが乏しいため、当グループでは陽子ビームを用いた測定を行ってきた。これまでに、京都大学のFFAG、大阪大学のRCNP、J-PARCのRCS, MRを用いて、30GeVまでの陽子の実験データが得られている。数GeV以上の陽子のエネルギー領域では、エネルギーによらず断面積がほぼ一定であることがわかった。相対論により陽子が与える熱量が陽子エネルギーに比例して増加するので、この傾向は予想に反している。そこで、高エネルギー領域のデータを取得するために、フェルミ国立研究所(FNAL)で120GeVの陽子を用いた実験を行った。最初の実験は2023年2月までに成功裏に終了した。この実験データは速報として発表される。今後は、CERNのHiRadMatで430GeV陽子の実験を行い、エネルギー領域を拡大する予定である。さらに、J-PARCにおける材料の放射線損傷研究のための400MeV陽子による新しい施設計画も本講演で紹介する。

The material displacement damage index of displacement per atom (dpa) is obtained by the particle flux and the displacement cross section. However, the experimental data of the displacement cross section was scarce, so our group conducted the measurement using proton beams. So far, the experimental data of protons up to 30 GeV were obtained using FFAG at Kyoto University, RCNP at Osaka University, and RCS and MR at J-PARC. In the projectile protons energy region above several GeV, it was found that the cross section was almost constant regardless of the energy. This tendency is against the expectation because the heat deposition given by the proton increases as projectile energy due to the relativistic theory. We conducted the experiment with 120 GeV protons at Fermi National Laboratory (FNAL) to obtain the data for high-energy regions. The first experiment was successfully finished by February. The experimental data will be presented as a rapid communication. We will experiment with 430-GeV protons at HiRadMat in CERN to extend the energy region. Additionally, a new facility plan at J-PARC with 400-MeV protons to study material radiation damage will be presented in this talk.