In-situ measurement of radiation driven back-conversion from para to ortho liquid hydrogen state in cold moderators at J-PARC

J-PARCにおける冷中性子モデレーターの照射によって引き起こされるパラオルソ水素への逆変換のその場測定

勅使河原 誠   ; Lee, Y.*; 達本 衡輝*; Hartl, M.*; 麻生 智一 ; Iverson, E. B.*; 有吉 玄  ; 池田 裕二郎*; 長谷川 巧*

Teshigawara, Makoto; Lee, Y.*; Tatsumoto, Hideki*; Hartl, M.*; Aso, Tomokazu; Iverson, E. B.*; Ariyoshi, Gen; Ikeda, Yujiro*; Hasegawa, Takumi*

J-PARCの核破砕中性子源において、水酸化第二鉄触媒の機能性を評価するため、1MW運転時の積算ビーム出力9.4MWhの条件で、ラマン分光法を用いてパラ水素割合をその場測定した。その結果、1MW運転におけて触媒が十分に機能していることが分かった。また、触媒を通さないバイパスラインを用いて、中性子照射によるパラからオルソ水素への逆変換率を調べることを試みた。測定されたオルソ水素割合の増加は、500kW運転で積算ビーム出力2.4MWhの場合に0.44%であった。しかしながら、この結果は、冷中性子モデレータ内で引き起こされた逆変換と、バイパスされた触媒容器中の温度上昇によって発生した準静的オルソ水素のメインループへの受動的滲出との合算であることが示された。

At Japanese Spallation Neutron Source in J-PARC, the para-hydrogen fraction was measured by using Raman spectroscopy in-situ for an integrated beam power of 9.4 MWh at 1 MW operation, to evaluate the functionality of the ferric oxyhydroxide catalyst. This result showed that full functionality of the catalyst was retained up to the 1 MW operation. We attempted to study the effect of neutron scattering driven para to ortho-hydrogen back-conversion rate in the absence of the catalyst effect with a bypass line without catalyst. The measured increase of ortho-hydrogen fraction was 0.44% for an integrated beam power of 2.4 MWh at 500 kW operation, however, which was considered to be due to not only to neutron collisions in cold moderators but also to the high ortho-hydrogen fraction of initially static liquid hydrogen in the bypass line and passive exudation of quasi-static hydrogen in the catalyst vessel to the main loop.