Operation experiences of radioactivity monitoring system for the mercury system in J-PARC

J-PARCの水銀システムの放射能モニタリングシステムとその運転経験

原田 正英   ; 田島 考浩*; 伊藤 卓*; 増田 志歩; 木下 秀孝  ; 酒井 健二 ; 武藤 儀一*; 鈴木 彰夫*; 羽賀 勝洋  

Harada, Masahide; Tajima, Takahiro*; Ito, Taku*; Masuda, Shiho; Kinoshita, Hidetaka; Sakai, Kenji; Muto, Giichi*; Suzuki, Akio*; Haga, Katsuhiro

J-PARCの物質・生命科学実験施設(MLF)では、大強度核破砕中性子源の水銀ターゲットに3GeV・1MWの陽子ビームを照射し、大強度の中性子ビームを中性子実験装置に供給する。水銀ターゲットと水銀循環システムから漏洩する放射性物質をゲルマニウム半導体検出器によるガンマ線エネルギー分析で検出し、水銀ターゲットと水銀循環システムの故障の兆候を見つけるための統合水銀放射能モニター(UHAM)が設置されている。サンプリングポートと放射線モニタからなる3つのユニットで構成される: 1)ターゲット容器とセーフティハルとの間のヘリウムガス層を測定するHAM、2)水銀循環システムが設置されているホットセル内の雰囲気を測定するCAM、3)ターゲット容器が設置されるヘリウム容器内のヘリウムガスを測定するVAMである。放射性物質の漏えいが検出されると、直ちに加速器制御システムに警報信号が発せられ、ビーム運転が停止される。ソフトウェアとハードウェアは毎年アップグレードされている。例えば、HAMには冗長性を持たせるために2台のGe検出器が使用されており、高計数率事象に対するシステムの可用性を維持するためにGe検出器の補助としてNaIシンチレーション検出器も使用されている。さらに、CAMにはトリチウムを検出するためのガスモニターが設置されている。現在までに以下のような運転実績がある。1)CAMではXe-121とXe-123ガスを検出できる。これらの放射性ガス状放射性核種は、水銀ターゲットのカバーガスからわずかに漏洩する。2)VAMでは、ヘリウム容器内の湿度が検出され、消滅ガンマ線とN-15の検出が増加した。3)Ar-41の検出は、ヘリウム雰囲気中の空気の混合を示す。

At Materials and Life science experimental Facility (MLF) in J-PARC, a mercury target of an intense pulsed spallation neutron source is designed to be irradiated by 3 GeV and 1MW proton beams to provide high intensity neutron beams to a suit of neutron instruments. A unified mercury radioactivity monitor (UHAM) is installed to find an indication of failure of the mercury target and loop system by detecting radioactive materials leaked from the system with a gamma-ray energy analysis with Germanium semi-conductor detectors. It is composed of three units of sampling port and radiation monitors: 1) HAM for interstitial helium gas layer between the mercury vessel and surrounding water shroud of the mercury target, 2) CAM for atmosphere in the hot cell where the target loop is operated and 3) VAM for helium gas in the helium vessel where the target vessel is installed. Once any leakages of radioactive materials are detected, an alarm signal is issued immediately to the accelerator control system to stop beam operation. Software and hardware have been upgraded yearly. For example, two Ge detectors are used for HAM for redundancy, NaI Scintillation detectors are also used as supplemental for the Ge detector to keep availability of the system for high counting rate event. In addition, A gas monitor is equipped at CAM to detect tritium. Until now, several operation experiences could be obtained as the follwoing. 1) Xe-121 and Xe-123 gas could be detected at CAM. These radio-active gaseous radioactive nuclides are slightly leaked from cover gas of mercury target. 2) Humidity in the helium vessel could be detected at VAM, because detection of annihilation gamma-ray and N-15 were increased. 3) The detection of Ar-41 indicated the air mixing in helium atmosphere.