MW級中性子源用ホウ素含有Al基熱中性子吸収材の開発

Development of boron-containing Al-based thermal neutron absorber for MW class neutron source

奥冨 敏文*; 勅使河原 誠   ; 原田 正英   ; 大井 元貴 ; 山口 雄司   ; 倉本 繁*

Okutomi, Toshifumi*; Teshigawara, Makoto; Harada, Masahide; Oi, Motoki; Yamaguchi, Yuji; Kuramoto, Shigeru*

J-PARCの大強度核破砕中性子源の熱中性子吸収材としては、材料の共鳴吸収を組合せることで、高い中性子カットオフエネルギーを実現できる銀/金-インジウム-カドミウム(Ag/Au-In-Cd)合金を使用しているが、近年Cdを用いた材料製作が困難になっている。我々は、新たな熱中性子吸収材として1/v型で高い中性子カットオフエネルギーが期待できるホウ素(B)に再度着目した。Bは、B(n、)Li反応により生成したヘリウム(He)が材料脆化を引き起こすため、大強度中性子源では使用が困難とされてきたが、He生成の生じないガドリニウム(Gd)等、別の熱中性子吸収材を混在させることでBの中性子吸収を抑制し、脆化を軽減するとともにBの高い中性子カットオフエネルギーを生かす、プレデカップリングと呼ぶ概念を考案した。本研究では、プレデカップリングの概念に基づき、母材であるアルミニウム(Al)中に炭化ホウ素(BC)と酸化ガドリニウム(GdO)を分散させた材料開発に着目した。今回、Al中にBC、GdOを分散させた材料をAlの粉末焼結を用いて試作し、その材料において引張試験を行い、機械的特性を調査した結果及び今後の展望について報告する。

Silver/gold-indium-cadmium (Ag/Au-In-Cd) alloys as thermal neutron absorbers, which can realize high neutron cut-off energy by combining materials with neutron resonance absorption, have been used at the high-intense spallation neutron source in J-PARC. Recently, it has become difficult to treat materials including Cd. We again focused on boron (B) having the 1/v absorption and expecting a high neutron cut-off energy as a new thermal neutron absorber. As helium (He) produced by the B(n,) Li reaction causes embrittlement of material including B, it was considered that the use of B was difficult at the high-intense spallation neutron source. Therefore, we have proposed the concept called pre-decoupling, in which other thermal neutron absorber without the He production such as gadolinium (Gd) is combined with B in order to suppress the neutron absorption of B resulting reducing embrittlement. Based on the pre-decoupling concept, we have developed a material dispersing boron carbide (BC) and gadolinium oxide (GdO) in aluminum (Al) as a base material. In this presentation, we will report tensile test results of the dispersing materials powder-sintered and the vision of the development.