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麻生 智一; 神永 雅紀; 寺田 敦彦*; 日野 竜太郎
JAERI-Conf 2001-002, p.893 - 903, 2001/03
MW規模の核破砕ターゲットシステム開発において、超臨界水素を用いる冷減速材は世界最高の中性子性能を目指しており、この性能に影響を及ぼす局所的な水素温度の上昇を抑制する必要がある。冷減速材容器を実寸大で模擬したアクリル製試験体使用し、水流動条件下で実施した可視化実験及び流動解析の結果、PIVシステムで測定された流動パターンと解析結果とがよく一致し、容器内部の流動状況を把握することができた。温度分布解析結果からは、容器中央部の入口管周りの流れの停滞域で局所的な温度上昇が発生することがわかった。この温度上昇の原因となる流れの停滞域を抑制するため、入口管からの吹き出し流の効果を可視化実験及び解析で同様に確認したところ、吹き出し流によって再循環流領域を大幅に縮小できることがわかり、流れの停滞域を抑制できる見通しを得た。
菊地 賢司; 粉川 広行; 佐々 敏信
JAERI-Conf 2001-002, p.1251 - 1258, 2001/03
大強度陽子加速器計画におけるターゲット材料R&D計画の概要を述べてある。中性子散乱施設の水銀ターゲットでは、3GeV, 333
A(1MW), 25Hzの陽子入射条件で、SS316ステンレス鋼を用いて設計した結果、設計のガイドラインとして用いた条件を全て満たすことがわかった。例えば窓材の最高温度は170
Cであり、水銀による腐食は無視できる。また、加速器駆動システム(ADS)の実験施設で用いようと計画している鉛ビスマスターゲットについては、主要パラメーター600MeV, 333s(200kW)による計算で、窓材で年間5dpa程度の材料照射が可能であることがわかった。
渡辺 昇
JAERI-Conf 2001-002, p.42 - 60, 2001/03
将来の中性子源は今計画されているものよりさらに強度が高く、遙かに安価に、大量に、より多くの施設で使い易いものでなけれでならない。これは世界の中性子コミュニティの切望であり、夢である。それを可能にするのが革新的中性子源であり、革新的アプローチである。これまでの中性子はなぜ高価か? 加速器が高価であることが最大の理由である。現在KEKの森らが開発中のFFAGシンクロトロンを用いて筆者の提案するようなパルス中性子源をつくれば、上記の夢が現実のものとなる可能性が極めて高い。本発表はパルス中性子源に最適な陽子エネルギー、パルス繰返し周波数、パルス幅等の再検討にはじまり、そのためのFFAGの仕様はどうあるべきか、どのようなモデレータがより有効か、中性子ビームをどのように取り出せばより有効か、このような加速器・中性子源の世界ネットワークの構築等について述べる。
佐々 敏信; 菊地 賢司; 大井川 宏之; 池田 裕二郎
JAERI-Conf 2001-002, p.1163 - 1174, 2001/03
原研-高エネルギー加速器研究機構の大強度陽子加速器に関する統合計画で、鉛・ビスマス核破砕ターゲットを用いた実験施設の建設を提案している。この施設は加速器駆動システム(ADS)開発のための基礎的な物理及び工学的課題の研究を目的とし、600MeV-0.3mA(200kW)の陽子ビームが供給される。本施設は、ADSのビーム窓や燃料被覆管、ターゲット/ブランケット構造材の照射データの蓄積を第一目的としている。特にシステムの運転温度での、陽子・中性子照射場における材料・鉛・ビスマスとの共存性に関する実験データが重要となる。ターゲットはさまざまな材料を照射できるように設計されており、200kWの陽子ビームを用いて、10DPA/年を越える照射を行うことができる。ターゲットから放出される中性子のスペクトルは硬いため、原子炉や核融合炉のための照射を行うこともできる。ターゲットシステムに関する核熱的特性及び現状の施設設計について発表する。
勅使河原 誠; 原田 正英; 渡辺 昇; 甲斐 哲也; 坂田 英明*; 池田 裕二郎
JAERI-Conf 2001-002, p.722 - 733, 2001/03
非結合型モデレータにおいて幅が狭くテールのひかないパルス形状は重要である。この目的のために、今回、新しく反射体材料として水銀を提案し、水銀の中性子特性をニュートロニクス計算によって評価した結果を報告する。パルスピークは、これまでに最大ピーク強度が得られている鉛体系のものと比較してもほぼ同等かそれ以上である。パルス形状は、パルス形状が優れているベリリウム体系と比較して、約数十eVに匹敵するパルス形状である。また、熱中性子吸収材であるライナー,デカップリングエネルギーの高いデカップラーやそれ自信が冷却材となるためパルス形状を劣化させる冷却水を必要としないこともニュートロニクス検討の結果得られた。これらの結果は非結合型モデレータにおいて水銀反射体の利用は中性子性能のみならず工学的にも非常に優れていることを示すものである。
原田 正英; 勅使河原 誠; 甲斐 哲也; 坂田 英明*; 渡辺 昇; 池田 裕二郎
JAERI-Conf 2001-002, p.793 - 807, 2001/03
現在開発中の核破砕中性子源では、軽水プリモデレータ付き非結合型水素モデレータは、高分解能モデレータの第一候補である。しかしながら、非結合型水素モデレータでのプリモデレータは、ベリリウム反射体を用いた場合、中性子パルスの時間積分強度やピーク強度に何ら利得が無い(かえって、不利益になる)と考えられている。一方、鉛反射体を用いた場合、プリモデレータにより、ベリリウム反射体の場合よりも中性子積分強度やピーク強度が増加することがわかった。しかし、鉛反射体の場合、減速時間が長いために、ベリリウム反射体の場合よりも長いパルステールを持つこともわかった。この好ましくない特性にもかかわらず、最適なプリモデレータや適切なデカップリングエネルギーを用いることにより、鉛反射体でも優れた特性(ベリリウム反射の場合と同じようなパルステールで、より大きなピーク強度をもつ)を得ることが可能であることがわかった。このような観点から、モデレータシステムの最適化研究(モデレータ側面サイズや中性子引出し面や引出し位置)も成し遂げられた。結論として、最適化されたプリモデレータは、パルス特性(強度と形状)を改善するばかりでなく、モデレータ内の発熱を軽減するのに非常に有効であるといえる。また、プリモデレータにより、モデレータとターゲットとが引き離されるため、中性子散乱実験でのノイズ・信号比の改善や中性子ビームの遮蔽に対するエンジニアリングの負担の軽減になることも重要である。
田中 伊知朗; 新村 信雄
JAERI-Conf 2001-002, p.488 - 491, 2001/03
生体高分子の中性子結晶構造解析は、分子表面や内側に存在する水素結合や水素原子のふるまいに深く関係しているさまざまな生理機能のメカニズムを解明することが期待されている。次世代中性子源を建設する日本統合計画が実現すれば、このような実験の機会は多くの人々そして営利企業を含めた応用に広く開かれるだろう。この新たな中性子源に対応した生体高分子結晶用回折計を組み上げるためには、位置及び時間分解能の双方とも良好な大型の感受面積を持つ特別な新検出器が強く要望されている。もしこれが利用できれば、現在世界で最も優れた生物用中性子回折計の一つである3号炉のBIX-3よりも、データ収集効率は約100倍向上する。測定時間は半日程度で、単位格子200
、1mm角以下の結晶までの測定が実現する可能性がある。
鈴木 淳市; 曽山 和彦; 田崎 誠司*; 海老沢 徹*
JAERI-Conf 2001-002, p.547 - 550, 2001/03
中性子光学素子評価を目的とする専用装置の開発を改造3号炉で進めている。ビームポートの新設のために中性子スーパーミラーを用いた中性子ベンターを開発、ビームの分岐を行う。このビームは、中性子レンズ、プリズムの評価に利用されると同時にスピンエコー極小角散乱装置の開発に供せられる。
横溝 英明; 3GeV Ring Group
JAERI-Conf 2001-002, p.240 - 245, 2001/03
原研とKEKが共同で進めている大強度陽子加速器計画(統合計画)に使用する3GeVシンクロトロンについて報告する。3GeVシンクロトロンは、繰り返し25Hz運転であり、出力ビーム1MW,入射エネルギー400MeV,出射エネルギー3GeVを目指している。電磁石配列、入出射電磁石配置、コリメータ設計、ハードウェアの仕様の決定など、主要事項を検討し、技術的な課題も含めて実現可能な仕様となるように設計してきている。
長谷川 和男; 加藤 隆夫*; 原研/KEKリニアック設計チーム
JAERI-Conf 2001-002, p.185 - 190, 2001/03
KEKと原研が共同で進めている大強度陽子加速器計画(統合計画)に使用するリニアックの設計について報告する。リニアックの全長は約360mで、常伝導と超伝導の加速構造から構成される。設計加速電流(ピーク値)は50mA,デューティは2.5%である。上流部の常伝導リニアックは、イオン源,RFQ,DTL,SDTLそして CCLから構成され、負水素イオンを400MeVまで加速する。このビームを3GeVシンクロトロンと超伝導リニアックにそれぞれ25Hzで同時に入射し、両施設でビームを有効に利用できるスキームとしている。超伝導リニアックではさらに600MeVまで加速し、核変換実験施設にビームを供給するが、将来の3GeVビームパワーの増強のためにシンクロトロンへの入射も視野に入れた設計を行っている。
山本 昌亘; 絵面 栄二*; 橋本 義徳*; 森 義治*; 大森 千広*; 高木 昭*; 吉井 正人*; Joint Project Team
JAERI-Conf 2001-002, p.285 - 289, 2001/03
原研-KEK統合大強度陽子加速器計画における3GeVシンクロトロンの高周波加速システムについて、現段階でのR&Dの結果と実機の概念設計について述べる。この3GeVシンクロトロンは大強度でしかも速い繰り返しが要求されるため、高いビーム負荷に耐えしかも限られた直線部で高電圧を安定化して発生させることのできる高周波加速システムが求められる。ここ数年間の研究開発の結果金属磁性対合金を装荷した高周波加速空胴を1MWクラスの4極真空管で励振することで所定の性能を達成できる見通しがついたので、その結果を元に3GeVシンクロトロン用に最適化した設計について述べる。
春日井 好己; 高田 弘; 中島 宏; 坂田 英明*; 前川 藤夫; 池田 裕二郎; 川合 將義*; 猪野 隆*; Jerde, E.*; Glasgow, D.*; et al.
JAERI-Conf 2001-002, p.955 - 963, 2001/03
GeV陽子を使ったMW級の強力中性子源の建設が計画されている。そのため、放射線安全解析において、大量の中性子やGeV領域の陽子に伴う放射線場中での誘導放射能の見積もりが必要とされている。その計算コードの精度評価のため、ブルックヘブン国立研究所のAGS加速器を使った核破砕中性子場による誘導放射能に対する積分実験をASTE共同実験の一環として行った。核破砕中性子は、水銀ターゲットに1.6, 12, 24GeVの陽子を入射させることにより発生させた。入射陽子の数は、それぞれの照射に対して、3
4
10
個であった。照射した箔は、アルミニウム,チタン,ニッケル,コバルト,イットリウム,ニオブ,インジウム,ツリウム,及びビスマスで、それらをターゲットのビーム入射面から1020cmの位置においた。照射後、その誘導放射能を数時間から数ヶ月のいくつかの冷却時間で測定した。実験結果は、NMTC/JAMと融合したDCHAIN-SPコードによる計算値と比較した。断面積データを含めた計算の妥当性について議論する。
甲斐 哲也; 勅使河原 誠; 渡辺 昇; 原田 正英; 坂田 英明*; 池田 裕二郎
JAERI-Conf 2001-002, p.786 - 792, 2001/03
これまで、1個の背面プレモデレータを共有する2個のモデレータセットを提案してきた。最高漏洩中性子束となる場所に2個のモデレータが同時に配置されている。また、拡張型プレモデレータは、冷中性子強度をより強くすることが示されており、拡張型プレモデレータの最適化により、さらに中性子強度を高められると考えられる。一方、強度を犠牲にせず、背面プレモデレータを省略して2個のプレモデレータを1個で置き換え可能と考えることもできる。またパルス特性の改善も期待できる。本論文では、主モデレータと拡張型モデレータの最適化を行った。その結果、1個のモデレータを用いた場合において、より高い時間積分、パルスピーク強度が得られ、モデレータ核発熱も低減された。よって、2個のモデレータを1個のモデレータで置き換えるべきであるという結論に至った。
甲斐 哲也; 原田 正英; 渡辺 昇; 勅使河原 誠; 坂田 英明*; 池田 裕二郎
JAERI-Conf 2001-002, p.868 - 872, 2001/03
MWクラスの短パルス核破砕中性子源において、2cmの水素と3cmの軽水を組み合わせた非結合型複合モデレータが、高分解能液体メタンモデレータの代替として提案されてきた。しかし、50-100MeV領域におけるパルス波形は、液体メタンや液体水素モデレータからのものと比較して、幅が広く、減衰時間も大きなものであることがわかった。さらに、ある領域で時間積分強度が勝っているにもかかわらず、パルスピーク強度では劣っていることもわかった。本論文では、より狭いパルス幅と、短い減衰時間を得ることを目的として、水素と軽水の間をポイゾンした複合モデレータについて研究を行った。
明午 伸一郎; 原田 正英; 今野 力; 池田 裕二郎; 渡辺 昇; 坂元 眞一*; 武藤 豪*; 三宅 康博*; 西山 樟生*; 下村 浩一郎*; et al.
JAERI-Conf 2001-002, p.314 - 324, 2001/03
原研・KEK大強度加速器統合計画における中性子散乱実験値施設における3GeV陽子ビーム輸送ラインについて検討を行った。これらのターゲットの配置案では、一つのビームを有効的に共有できる「串刺しターゲット」になっている。3GeV陽子ビームは、中間子実験用の炭素標的を通過した後に水素ターゲットに入射する。ビームオプティクス及びピームスピルの計算は、TRANSPORT及びDECAY-TURTLEコードを用いて行った。TRANSPORTコードを用いて、ビームライン構造について検討を行い、全長70mの候補とするビームラインを得た。さらにDECAY-TURTLEを用いて、上記のビームラインにおける、ビーム形状及びビームスピルの計算を行った。この結果ビームスピルは目標とする10%以下にできることがわかった。また、中性子ターゲットにおけるビーム形状も目標とする横13cm,縦5cmの一様にできることがわかった。
:Eu
phosphor for neutron imaging坂佐井 馨; 片桐 政樹; 藤 健太郎; 中村 龍也; 高橋 浩之*; 中澤 正治*
JAERI-Conf 2001-002, p.639 - 644, 2001/03
パルス中性子イメージング用蛍光体としてSrBPO:Euについてその諸特性を調べた。SBPは、X線照射ののち、632nmのレーザーを照射することによっていわゆる輝尽性蛍光を発することを確認した。また発光のスペクトル特性はEuに起因する390nmにピークを持つものであり、通常のイメージングプレートと同様であった。また、SBPは通常のBaFBr:Euと比べて密度が低いため、
線が混在した中性子場においても使用可能であった。また、SBPはその母体中に中性子有感物質であるほう素を含んでいるので、通常の蛍光体のように中性子有感物質を添加することなく、中性子測定が可能である。予備実験の結果、SBPは中性子に対しても輝尽性蛍光特性を有することがわかった。
藤 健太郎; 片桐 政樹; 坂佐井 馨; 中村 龍也; 松林 政仁; 高橋 浩之*; 中澤 正治*
JAERI-Conf 2001-002, p.627 - 638, 2001/03
強力なパルス中性子源を用いた中性子スキャッタリング実験装置には、大面積、高計数率、広ダイナミックレンジなどの性能の中性子イメージング検出器が要求される。同時にこれら検出器には、装置のアッセブルあるいはメインテナンスの簡単化も要求される。このため、矩形シンチレータと波長シフトファイバを組合わせた新しい中性子イメージング検出法の研究を進めている。本方法では、矩形シンチレータの4辺に波長シフトファイバを装着し、これらファイバから出力される信号の同時計測を行うことにより入射位置を決定している。5mm5mm2mmtの
Liガスラスシンチレータと1mm
の波長シフトファイバを用いた予備実験の結果、熱中性子を約13%の検出効率で検出できることを確認した。蛍光検出過程の最適化により、実用に必要十分な30%以上の検出効率が得られると考えられる。
大山 幸夫; 池田 進*; 日本原子力研究所・高エネルギー加速器研究機構共同推進チーム
JAERI-Conf 2001-002, p.19 - 26, 2001/03
日本原子力研究所と高エネルギー加速器研究機構とが共同で進める大強度陽子加速器計画の中の最も重要な施設が核破砕中性子源施設である。この施設の設計現状について報告する。施設は、ターゲット・減速材・反射材(TMR)システム,遮蔽体・ビームシャッター,陽子・中性子ビームライン及び計測器を配置する。TMRシステムについては高エネルギー輸送計算により形状配置の最適化を行った。熱除去系,保守構造,安全設計についてもR&Dを含め、かなり進んでおり、来年には詳細設計を行う。また、計測器の検討についても日本全国の研究者を組織して検討を行っている。
野田 文章*; 統合計画チーム
JAERI-Conf 2001-002, p.274 - 284, 2001/03
JAERIとKEKは3GeVシンクロトロンの設計を行っている。このリングは周長313.5mで、400MeVから3GeVまで陽子を加速する。最大出力は25Hz運転で1MWである。出射ビームは3GeVビームユーザーならびに50GeVリングへ供給する。このリングは基本セル構造DOFOで3回対称構造を有する。アーク部はミッシングベンドを有し、
を調整している。直線部は入射・コリメーション効率を考慮しディスパージョンフリーとしている。入射時には空間電荷力緩和のためペインティングにより144
mmmradまでエミッタンスを広げる。これに対してコリメータ・フィジカルアパーチャは、216, 324mmmradとしている。また運動量方向のアクセプタンスは
1%である。出射ラインのアパーチャは出射ビームの規格化エミッタンス54mmmradに対して216mmmradとしている。
大島 真澄; 藤 暢輔; 早川 岳人; 初川 雄一; 篠原 伸夫
JAERI-Conf 2001-002, p.532 - 534, 2001/03
われわれは多重線検出法と中性子放射法を組み合わせた新たな微量元素技術を開発した。多重線検出法では、従来の線検出に比べ1000倍の分解能が得られるので、化学分離などの操作を必要とせずに、49元素の同時定量が可能になった。また、バックグラウンドは大きく低減でき最高ppt(10
)オーダーの高感度が達成された。これまでは原子炉からの連続中性子利用してきたが、原研・KEK統合計画でパルス中性子ビームを用いることにより、適用元素が70まで拡がり、ミクロンオーダーの局所分析が可能になる。また、線検出器を最適化して、0.01pptオーダーまで感度が上げられることを示す。
