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柴田 薫; 田村 格良; 曽山 和彦; 新井 正敏; Middendorf, H. D.*; 新村 信雄
Proceedings of ICANS-XVI, Volume 1, p.351 - 354, 2003/07
生体高分子,生体物質及び関連するソフトマターの動的構造を研究することを主たる目的として計画,設計されている生物用非弾性散乱装置DYANAの最適化デザインの検討結果について述べる。本装置は、日本原子力研究所東海研究所において建設が進められている大強度陽子加速器施設プロジェクトのなかの物質・生命科学実験施設パルス中性子源に設置することが提案されている。DYANA分光器は逆転配置型結晶解析分光器でカバーするエネルギー・運動量範囲はそれぞれ数
eV
数meV, 0.1
数になる。これらの分光器の仕様により、蛋白質分子の運動を解析が可能になることが期待される。
中村 龍也; 正岡 聖; 山岸 秀志; 曽山 和彦; 相澤 一也
Proceedings of ICANS-XVI, Volume 1, p.441 - 446, 2003/07
本発表では原研におけるマイクロストリップガスチャンバーを用いた二次元中性子ガス検出器の開発状況を報告する。われわれの目標とする検出器性能は、計数率
10
,位置分解能
1
,検出効率60%@1.8
,良好なn/gamma弁解能を持つものである。そのためわれわれは、ポリミド基盤上に製作されたマイクロストリップ型信号検出素子と、10気圧のガス圧に耐え、かつ全信号ライン(256ch)の個別読み出しを可能とする高密度フィードスルーを備えたガスチャンバーとからなる二次元中性子ガス検出器の開発を進めてきた。このほど、本検出器の飛程測定性能を確認する目的で中性子捕獲反応により生じるプロトン,トリトンの飛程測定を行ったところ、3気圧,10
エタン混合ヘリウムのガス条件において理論計算と誤差範囲で一致する測定結果(プロトン,トリトンそれぞれ9.5mm, 3mm)を得た。このことから本中性子検出器が良好な二次粒子飛程測定性能を持つことを実証した。
田村 格良; 相澤 一也; 原田 正英; 柴田 薫; 前川 藤夫; 曽山 和彦; 新井 正敏
Proceedings of ICANS-XVI, Volume 1, p.529 - 539, 2003/07
大強度陽子加速器計画における物質・生命科学実験施設に設置されるパルス中性子分光器の設計のため、McStasを用いたシミュレーションのコンポーネントの作成を行った。物質・生命実験施設には3種類のモデレーターが設置される。大強度用には「結合型水素モデレーター」が使用され、高分解用には「非結合型水素モデレーター」と「非結合型ポイゾンド水素モデレーター」が使用される。モデレーターから発生する中性子は分光器の性能に大きく影響を与えるので、モンテカルロ・シミュレーションにおいては線源の正確な記述が重要になる。McStasは正確な記述が可能である。NMTC/JAERI97とMCNP4aを使用して得られたモデレーターの強度のエネルギー分布,時間分布を表現する関数を作成して変数の決定を行った。本稿では「結合型水素モデレーター」を見るport16のコンポーネント作成と「非結合型水素モデレーター」を見るport11のコンポーネント作成の報告を行う。
神永 雅紀; 羽賀 勝洋; 木下 秀孝; 鳥井 義勝; 日野 竜太郎; 池田 裕二郎
Proceedings of ICANS-XVI, Volume 1, p.125 - 133, 2003/07
物質・生命科学実験施設は、中性子実験施設とミュオン実験施設及びこれらの施設に1MW(3GeV, 0.333mA)のパルス状(25Hz)陽子ビームを輸送する陽子ビームラインから成る。施設の中心となる実験ホールは、陽子ビームラインを挟んで両側にそれぞれ設け、設置する分光器を想定したうえで23本の中性子ビームラインを配置した。さらに、実験ホール外側には実験施設の将来の拡張に備え必要な敷地を確保した。ユーザーが使用できる区画と施設の運転・保守に必要な区画を区分するために、ユーザールーム,実験準備室等は陽子ビームライン下流側に設けたユーティリティ施設の2階部分に設けた。放射線管理区域への入退域は2階に設けた入退域エリア(汚染検査室)において集中的に管理する設計とした。ユーザー施設以外には、施設の運転に必要な水銀ターゲットシステム遠隔保守・交換用大型ホットセル,放射化機器保管設備,水銀ターゲットシステム冷却設備など主要な設備を施設内に配置した。本報告では、これら設計の現状について述べる。
池田 裕二郎
Proceedings of ICANS-XVI, Volume 1, p.13 - 24, 2003/07
原研とKEKが共同で進めている大強度陽子加速器プロジェクト(J-PARC)の、物質・生命科学実験施設の中心施設となる1MWパルス核破砕中性子源施設(JSNS)の建設の現状,主要機器の設計,今後のスケジュール等概観する。
原田 正英; 勅使河原 誠; 渡辺 昇; 甲斐 哲也; 池田 裕二郎
Proceedings of ICANS-XVI, Volume 2, p.697 - 706, 2003/07
NMTC/JAM及びMCNP-4Cを用いて、JSNSにおける2台の非結合型モデレータの中性子特性に関する最適化研究を行った。計算モデルはターゲット・モデレータ・反射体集合体を詳細に反映したものを用いた。水素は、100%パラを仮定した。2台のモデレータの形状は、水筒型で、13
12
6.2
cm
のものを用いた。ユーザーの要求に合わせて、デカップリングエネルギーは、1eVを適用した。デカップラ-材質は、銀・インジウム・カドミウム合金を採用した。非結合型モデレータでは(特にポイズンドモデレータで)、取り出し角度依存性が顕著であることがわかった。それゆえ、取り出し角度は、ポイズンドモデレータとポイズン無しのモデレータとで、それぞれ7.5
と17.5に制限した。ポイズン材質として、カットオフエネルギーが高くピーク強度が高くなるカドミウムを採用した。ポイズン位置は、ユーザーの要求に合わせて、取り出し面から25mmとした。
原田 正英; 斎藤 滋; 勅使河原 誠; 川合 將義*; 菊地 賢司; 渡辺 昇; 池田 裕二郎
Proceedings of ICANS-XVI, Volume 2, p.677 - 687, 2003/07
大強度中性子源のデカップラー材として、デカップリングエネルギー1eVを達成でき、(n,
)反応がベースのためヘリウムガス生成量が小さい、銀・インジウム・カドミウム合金(AIC)を提案した。Cd及びB
Cデカップラーとさまざまな観点から比較した結果、有力であると判断し、デカップラー・ライナー材として、AICを採用した。現設計において、AICは、2.5mm厚のAg-35%wtCd及び0.5mm厚のAg-15%wtInとしている。デカップラー・ライナーは、構造材のAl合金にHIPにより接合され、Al合金を通して水冷される。最適なHIP条件を見つけるために、小試験片(
202mm)のAg-Cd及びAg-Inを幾つかの種類のAl合金カプセル(22mm,底厚3mm,蓋厚1mm)封入して、試験を行った。その結果、最適HIP条件として、500C, 100MPa, 保持時間60分が得られた。さらに、より現実的なサイズである大試験片(Ag-Cd: 2002002.5mm, Ag-In: 2002000.5mm, A5083 and A6061: 21021021mm)による試験を行っている。
麻生 智一; 佐藤 博; 神永 雅紀; 日野 竜太郎; 門出 政則*
Proceedings of ICANS-XVI, Volume 2, p.935 - 944, 2003/07
J-PARCの核破砕ターゲットシステムでは、高い中性子強度・パルス性能を同時に実現できる扁平型構造の非結合型モデレータ、及び、高強度冷中性子ビームを広い立体角すなわち多くの利用者に供給可能な円筒型構造の結合型モデレータを設置する。超臨界水素(1.5MPa,20K)の使用を視野に入れた冷減速材の設計においては、容器構造設計とともに、容器内流動の妥当性を最適化する必要がある。扁平型及び円筒型冷減速材容器に関して、アクリル製の模擬容器を用いた水による可視化流動実験を行い、再循環流や流れの停滞域などの流動場を明らかにした。流動解析結果と実験を比較し、解析コードを検証した。これにより容器構造に対する実機容器内水素の温度分布の予測が精度よく可能となった。
粉川 広行; 石倉 修一*; 日野 竜太郎; 加藤 崇; 麻生 智一; 佐藤 博; 原田 正英; 甲斐 哲也; 勅使河原 誠; 前川 藤夫; et al.
Proceedings of ICANS-XVI, Volume 2, p.635 - 644, 2003/07
中性子性能を決定する冷減速材は、核破砕中性子源における重要な機器である。JSNS核破砕中性子源では、3種類の液体水素減速材を設置する。液体水素は温度20Kで高圧に加圧された循環系となる。このため、減速材容器は設計圧力2.0MPaとした。そのため容器の構造設計が重要である。一方、中性子性能の観点から、減速材容器は、容器での中性子吸収を減少させるために薄肉にする必要がある。そのため、容器材料をアルミニウム合金 A6061-T6として、モデレータ容器の合理的な厚さを検討した。結果として、 非結合型減速材容器の中性子引出面の厚さは5ミリメートルになり、結合型減速材の中性子引出面は4ミリメートルとなった。また、これらの容器を製作するための溶接線の位置を検討し、溶接可能な位置を明らかにした。
前川 藤夫; 田村 昌也
Proceedings of ICANS-XVI, Volume 3, p.1051 - 1058, 2003/07
1-MW JSNSの遮蔽設計のために、MCNPX用の3次元遮蔽計算モデルを作成した。このモデルにはターゲット-モデレータ-反射体集合体,ヘリウムベッセル,中性子ビーム引き出しダクト,シャッター,遮蔽ブロック及びこれらの機器間のギャップや隙間等がモデル化されており、ストリーミング効果を詳細に考慮することができる。分散低減法として、セルインポータンスパラメータによる粒子分割/消滅法を用いた。中性子束が12桁以上減衰する直径15m高さ12mに及ぶ大きなターゲットステーションに対するセルインポータンスパラメータは、自動化された繰り返し計算により適切に求めることができた。本計算手法により、短時間(2日)でターゲットステーション全体の詳細な3次元遮蔽設計計算が可能となり、JSNSの遮蔽設計が進展した。
前川 藤夫; 田村 昌也; 川合 將義*; 古坂 道弘*; 渡辺 昇
Proceedings of ICANS-XVI, Volume 3, p.1247 - 1255, 2003/07
モンテカルロコードを用いた中性子ビームライン遮蔽計算の新手法を開発した。第1段階として、ターゲット-モデレータ-反射体集合体,中性子ビームライン等の生体遮蔽体内の機器をモデル化し、中性子ビームラインダクトに沿った中性子流分布を計算した。第2段階として、中性子ビームラインに沿った中性子流の減少分を該当部分のビームライン遮蔽に対する線源項と考え、中性子ビームライン遮蔽の必要厚さを計算した。本手法の特徴は、第2段階計算において中性子ビームライン軸に沿った線源項分布の取り扱いの正確さである。本手法を応用し、JSNSに対して次の評価を行った。(1)中性子ビームライン遮蔽厚さと、これを簡易に計算する経験式の導出,(2)ビームストップの寸法,(3)シャッターを閉じたときの試料位置における線量,(4)T0チョッパーブレードの生成放射能評価。これらの結果は、実験ホール内における23本のビームラインの配置決定の条件を与えた。
高田 弘; 前川 藤夫; 本村 士郎*; 吉田 勝彦*; 寺奥 拓史*; 明午 伸一郎; 坂井 昭夫*; 春日井 好己; 兼近 修二*; 大竹 秀範*; et al.
Proceedings of ICANS-XVI, Volume 3, p.1115 - 1125, 2003/07
大強度陽子加速器計画で建設する1MW核破砕中性子源はヘリウムベッセル,ベッセルサポートシリンダ,遮蔽ブロック,23本の中性子ビームライン,陽子ビーム窓等の機器で構成される。機器はライナーの内側に配置され、ヘリウムベッセルを中心とし、その周囲を中性子ビームシャッターを含む鉄鋼製の遮蔽で取り囲む。鉄遮蔽の外周には重コンクリートを配置し、その外表面の線量率が12.5Sv/hを超えないことを設計条件とした。ライナーの外形は直径9.8mであり、重コンの厚さは2.2-2.7mである。ライナー内は遮蔽体の除熱とNOxガスの発生抑制のため乾燥空気を循環させる。このようなステーション構造の概要と機器構造の各論、例えば中性子ビームシャッターは2本ロッド懸垂方式の直方体状で、その一部にガイド管等を装着したダクトを挿入できる構造であること、について報告する。
粉川 広行; 石倉 修一*; 羽賀 勝洋; 木下 秀孝; 神永 雅紀; 日野 竜太郎
Proceedings of ICANS-XVI, Volume 3, p.1295 - 1304, 2003/07
水銀ターゲットでは、パルス陽子ビームが水銀ターゲットに入射する際、水銀の急激な熱膨張によって圧力波が発生,伝ぱする。そのため、SUS316L製の水銀ターゲット容器には、過大な動的応力が発生し、ターゲット容器の構造健全性に影響を及ぼす可能性がある。そこで、水銀ターゲット容器、特にビーム窓の構造健全性を評価するために、1MWパルス陽子ビーム入射条件下での動的応力挙動を有限要素法によって解析した。半円筒状、及び平板状ビーム窓を持つ2種類のターゲット容器を解析モデルに用い、両者の結果を比較した結果、圧力波によってビーム窓で発生する動的応力が2次応力として取り扱うことが可能であり、平板状ビーム窓を持つターゲット容器が半円筒状ビーム窓のターゲット容器よりも構造的な観点から有利であることを明らかにした。併せて、セイフティーハルの構造強度評価を行い、健全性が確保させることを明らかにした。
甲斐 哲也; 原田 正英; 勅使河原 誠; 渡辺 昇; 池田 裕二郎
Proceedings of ICANS-XVI, Volume 3, p.657 - 666, 2003/07
J-PARC核破砕中性子源の結合型モデレータについて中性子工学研究を行った。100%パラ水素モデレータを用いることにより、最大の15meV以下の積分強度、2meV,10meVのパルスピーク強度が得られたが、最適なモデレータ厚さはそれぞれ異なっていた。最終結論としては、140mmの厚さを選択した。また、中性子取出面上の中性子強度分布評価より、プレモデレータ近傍のモデレータ周縁部が中心部分よりも強度が高いことがわかった。このことは、モデレータと中性子取出面の設計が重要であることを示している。さらに、強度の中性子取出角度依存性を評価し、大きな角度取出しでは強度減少が著しいことがわかった。円筒型モデレータを用いることにより、この強度減少を緩和することができることが明らかになった。これらをもとに円筒型モデレータの直径を140mmと決定した。
川合 將義*; 古坂 道弘; Li, J.-F.*; 川崎 亮*; 山村 力*; Mehmood, M.*; 栗下 裕明*; 菊地 賢司; 竹中 信幸*; 鬼柳 善明*; et al.
Proceedings of ICANS-XVI, Volume 3, p.1087 - 1096, 2003/07
中性子源として最高性能を誇るタングステン固体ターゲットを実用化するため、薄板状のタンタル被覆タングステンターゲットを製作した。ポイントは熱応力を下げるため、数mmの薄板にし、かつ温度監視のために熱電対孔を設けつつ、HIPによる拡散接合で製作したことである。HIP条件は既に明らかにした条件で行い、超音波顕微鏡観察の結果、接合は完璧であった。もう一つの方法として、複雑形状に対応でき、かつタンタル厚さを薄くできる電気メッキ法も確立した。
木下 秀孝; 羽賀 勝洋; 粉川 広行; 神永 雅紀; 日野 竜太郎
Proceedings of ICANS-XVI, Volume 3, p.1305 - 1314, 2003/07
大強度陽子加速器計画において開発が進められている核破砕中性子ターゲットの設計において、ターゲット材となる水銀を安定して流動し、ターゲットで発生する陽子ビーム入射による熱を除熱するため、水銀循環システムの開発を進めている。水銀循環システムは現状、基本的な設計を終えており、基本仕様を確定している。しかし、水銀循環用のポンプや配管のエロージョンなど性能及び特性が確定していない問題がある。本報では、水銀流動システムの基本スペック及び設計指針を示し、開発に伴う水銀用ギアポンプ試験及び配管エロージョン試験の結果を示す。実験の結果、ギアポンプは十分所定の性能を満たし、実機への適用が可能でることを確認した。また、エロージョンに関しては施設の寿命期間には、強度低下を起こすほどの影響はないこと、さらに、配管に付着する水銀量の評価から運転員によるメンテナンスが短時間であれば可能なことを明らかとした。本結果を基に水銀循環システムの最終的な仕様決定を行う予定である。
甲斐 哲也; 前川 藤夫; 春日井 好己; 仁井田 浩二*; 高田 弘; 明午 伸一郎; 池田 裕二郎
Proceedings of ICANS-XVI, Volume 3, p.1041 - 1049, 2003/07
以下の点に着目して、放射能計算コードシステムDCHAIN-SPの妥当性評価を行った。(1)20MeV以下の放射化断面積ライブラリーFENDL/A-2.0,(2)NMTC/JAMが計算する20MeV以上の高エネルギー粒子による核種生成率,(3)DCHAIN-SPによる高エネルギー粒子が誘起する全エネルギー範囲での核種生成率。42の放射化断面積と22のトリチウム生成断面積を改訂することにより、DCHAIN-SPは14-MeV中性子に対する放射化断面積を、30%以下の精度で求めることができるようになった。軽核の生成率評価の精度を向上させるため、NMTC/JAMにGEMモデルを取り入れた。しかしながら、10MeV10GeV陽子による核種生成率の精度は係数23程度であった。2.83GeVと24GeV陽子入射による厚い水銀ターゲット周辺に置いて試料の放射能の時間変化をDCHAIN-SPコードシステムで解析した計算結果は、係数23程度の範囲で実験と一致した。
明午 伸一郎; 原田 正英; 高田 弘
Proceedings of ICANS-XVI, Volume 3, p.1059 - 1067, 2003/07
J-PARC施設の中性子工学設計において、NMTC/JAM, MCNPX及びMARSコード使用される。これらのコードの適用性を確認するために、厚いターゲットに陽子を入射する場合に生成する中性子スペクトルの実験との比較を行った。低い入射エネルギーの場合として、256MeV陽子の実験と比較を行った結果、NMTC/JAM及びMCNPXは実験と2倍以内で良い一致を示すことがわかった。MARSは軽い核種のターゲットに対して良い一致を示すものの、ウランターゲットでスペクトル形状が異なることがわかった。さらに、高い入射エネルギーの場合としてKEKで行われた0.5及び1.5GeV陽子の結果と比較した。わずかな違いはあるものの、NMTC/JAM, MCNPX及びMARSは実験と2倍以内で良い一致を示すことがわかった。
明午 伸一郎; 原田 正英; 寺奥 拓史*; 前川 藤夫
Proceedings of ICANS-XVI, Volume 3, p.1175 - 1180, 2003/07
大強度パルス核破砕ターゲットに入射する陽子ビームをモニターすることは重要である。J-PARCの核破砕中性子源に入射する陽子ビームモニターは、メンテナンス性を向上させるために陽子ビームウインドーのアッセンブリーと一体化している。しかしながら、ウインドーにおけるビームの散乱等によりモニター自身の発熱が著しく大きくなる恐れがある。これを評価するために、発熱計算を行いモニターの発熱は0.1W/cc以下と十分に小さいことがわかった。また本報では、モニター及び窓の寿命の予測を助けるために用いられる貫通孔などのアッセンブリーとしての設計状況について報告する。
明午 伸一郎; 野田 文章*; 藤森 寛*; 池田 裕二郎
Proceedings of ICANS-XVI, Volume 3, p.967 - 976, 2003/07
J-PARCの核破砕中性子ターゲットには1MWの出力を持った3GeV陽子ビームが入射するが、この陽子ビーム輸送ライン(BT)において、ビーム損失はハンズオンメンテナンスを達成させるために1W/m以下にする必要がある。しかし、加速後のビームの位相空間分布が全く不明なために、シンクロトロン内に設置したコリメータのアパチャーで決定されるエミッタンス(324
mrad)のビームを全て輸送可能なものとした。本研究では、加速器出射等によるビーム軌道の外乱を評価した。現状の設計に合うためには、電磁石磁場の均一性は偏向及び四極電磁石において、それぞれ5x10
及び2x10
よりも良くする必要があることがわかった。また、アライメントの誤差は1mm及び1mrad以下にする必要がわかった。
山崎 大; 曽山 和彦; 海老澤 徹*; 田村 格良; 田崎 誠司*
Proceedings of ICANS-XVI, Volume 1, p.407 - 415, 2003/06
Drabkin型エネルギー・フィルターは、空間的中性子スピン共鳴を利用して、望みの波長を持つ中性子を取り出すものである。これをパルス中性子に適用すれば、パルスの波長バンド幅やピーク高さを犠牲にすることなく、そのバースト幅を狭め、テールをカットすることができる。本講演では、Drabkin型エネルギー・フィルターを用いたJ-PARCパルス中性子のパルス整形についてシミュレーションを行った結果について報告する。計算では段階的な磁場勾配を導入し、J-PARCで予想されるパルスの性質に対応させて磁場の時間変化をさせるようにした。この結果、結合型モデレータから得られるパルスのテールが9割程度以上除去できること,パルス幅を非結合型モデレータ並みにすることが可能なことが示された。また、フィルター内部における磁場の周期幅の揺らぎが与える影響について考察し、100周期の磁場に対して1%以下の揺らぎであればほぼ影響はないことを示した。