Estimation of the beam trip frequency of a proton linear accelerator for an accelerator-driven nuclear transmutation system and comparison with the allowable beam trip frequency

加速器駆動核変換システムにおける陽子線形加速器のビームトリップ頻度の推測と許容ビームトリップ頻度との比較

武井 早憲   

Takei, Hayanori

日本原子力研究開発機構では、マイナーアクチニドを効率的に核変換する加速器駆動核変換システム(ADS)の研究開発を行っている。このシステムは、未臨界炉と大強度超伝導陽子線形加速器(ADS用陽子加速器)の組み合わせである。ADS用陽子加速器の開発を困難にしている要因の一つは、熱サイクル疲労を誘因するビームトリップ事象であり、この事象によって未臨界炉の機器が損傷するからである。ADS用陽子加速器は大強度陽子加速器の一つであるJ-PARCリニアックと比べて電流比で32倍の差がある。従って、開発段階に応じてADS用陽子加速器のビームトリップ頻度と許容ビームトリップ頻度を比較することが必要になる。今回、J-PARCリニアックの運転データに基づく信頼度関数を使ったモンテカルロ法のプログラムを作成し、ADS用陽子加速器のビームトリップ頻度を推測した。モンテカルロ法のプログラムにより、従来の解析手法では得られなかったビームトリップ事象の時間分布が得られた。その結果、許容ビームトリップ頻度を満足するには、ビームトリップ時間が5分以上のビームトリップ頻度を現状の27%に低減しなければならないことがわかった。

The Japan Atomic Energy Agency is working on the research and development of an accelerator-driven nuclear transmutation system (ADS) for transmuting minor actinides. This system combines a subcritical nuclear reactor with a high-power superconducting proton linear accelerator (JADS-linac). One of the factors limiting the advancement of the JADS-linac is beam trips, which often induce thermal cycle fatigue, thereby damaging the components in the subcritical core. The average beam current of the JADS-linac is 32 times higher than that of the linear accelerator (linac) of the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). Therefore, according to the development stage, comparing the beam trip frequency of the JADS-linac with the allowable beam trip frequency (ABTF) is necessary. Herein the beam trip frequency of the JADS-linac was estimated through a Monte Carlo program using the reliability functions based on the operational data of the J-PARC linac. The Monte Carlo program afforded the distribution of the beam trip duration, which cannot be obtained using traditional analytical methods. Results show that the frequency of the beam trips with a duration exceeding 5 min must be reduced to 27% of the current J-PARC linac level to be below the ABTF.