Measurement of displacement cross section for high-energy protons and future plan for material damage using 0.4 GeV protons at J-PARC

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0.4GeV陽子ビームを用いた材料損傷の将来計画

明午 伸一郎   

Meigo, Shinichiro

材料の損傷指数となる原子あたりのはじき出し数(dpa)は、粒子束とはじき出し断面積から計算される。この断面積の実験データが少ないため、これまでにJ-PARCをはじめとする国内施設で30GeVまでの陽子の実験データを得た。この結果、数GeV以上の陽子では陽子のエネルギーによらず断面積はほぼ一定となるが、相対論では材料に付与するエネルギーは入射陽子のエネルギーに比例し増加するため、予想に反した結果であった。高エネルギー領域の実験データを拡大するため、フェルミ国立研究所(FNAL)で120GeV陽子による実験を行った。さらに、エネルギー領域を拡大するため、次年度はCERNのHiRadMatで430GeV陽子による実験が計画されている。本講演では、また、J-PARCにおける0.4GeV陽子による新しいビーム照射施設計画についても紹介する。2022年、本施設のユーザーコミュニティが設立した。

Material damage index of displacement per atom (dpa) is calculated by the particle flux and the displacement cross section. Since the experimental data of the displacement cross section was scarce, the measurements using protons were conducted, and the experimental data of protons up to 30 GeV have been obtained in J-PARC. The displacement cross section was almost constant regardless of the projectile proton energy above several GeV, which is against the expectation because the heat deposition given by the proton increases as projectile energy due to the relativistic theory. The experiment with 120 GeV protons at FNAL was conducted to obtain the data for high-energy regions. To extend the energy region, the experiment with 430-GeV protons at HiRadMat is planned for the following year. Additionally, a new beam irradiation facility plan at J-PARC with 0.4-GeV protons to study material radiation damage will be presented in this talk.