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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。
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。
奥 隆之*; 森田 晋也*; 守安 精*; 山形 豊*; 大森 整*; 安達 智弘*; 清水 裕彦*; 佐々木 圭太*; 広田 智章*; 岩佐 浩克*; et al.
JAERI-Conf 2001-002, p.537 - 541, 2001/03
中性子利用効率を高めるために中性子レンズの開発を進めている。今回、われわれは冷中性子に対して透過率の高いフレネル型の物質レンズを開発し、集光特性を評価した。
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。
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。
前川 藤夫; 仁井田 浩二*; 明午 伸一郎; 春日井 好己; 池田 裕二郎; 高田 弘; 猪野 隆*; 佐藤 節夫*; ASTE Collaboration Team
JAERI-Conf 2001-002, p.983 - 991, 2001/03
MW級の陽子加速器を利用した核破砕中性子源に対する中性子工学計算の妥当性検証に必要なデータ取得を目的とし、米国BNLのAGSシンクロトロンのGeV陽子ビームを入射した鉛反射体付き水銀ターゲットにおける中性子工学実験が行われた。本研究では、この実験の解析をNMTC/JAM、MCNP-4A,MCNPXコード,及びJENDL,LA-150の核データライブラリを用いて行い、これら計算手法の精度評価を行った。その結果、さまざまなしきい放射化反応率、減速材からの熱中性子スペクトルともに、計算値は実験値と約50%以内の精度で一致した。以上から、これらの計算手法は核破砕中性子源の核特性評価において十分な精度があるとの結論を得た。
前川 藤夫; 勅使河原 誠; 今野 力; 池田 裕二郎; 渡辺 昇
JAERI-Conf 2001-002, p.907 - 916, 2001/03
強力核破砕中性子源施設の設計において、中性子ビームライン遮蔽は極めて重要でありながら、困難な問題の1つである。われわれはNMTC/JAM及びMCNPコードをおもに使用して原研-KEKの統合計画における核破砕中性子源の遮蔽設計を開始した。現実的な計算時間で信頼の置ける計算結果を得るために、ビームライン遮蔽計算に適した計算手法を構築した。この手法を適用し、以下の項目の検討を行った。(1)中性子ビームラインに対する線源項の決定、(2)ビームシャッターの最適化、(3)運転中の遮蔽体外部における線量率の評価。会合では、これらの結果を示しながら、ビームライン遮蔽の計算手法に対する議論を行う。
O moderator coupled with mercury target明午 伸一郎; 前川 藤夫; 春日井 好己; 中島 宏; 池田 裕二郎; 渡辺 昇; 猪野 隆*; 佐藤 節夫*; ASTE Collaboration
JAERI-Conf 2001-002, p.941 - 954, 2001/03
AGSを用いた国際共同実験として、鉛反射体付き水銀ターゲットシステムに水減速材を組み込み、水減速材から生じる中性子のスペクトルをカレントTOF法を用いて測定した。水銀ターゲットに1.9,12及び24GeV陽子を入射し、水減速材から漏洩する熱中性子のスペクトルを
Li,
Liガラスシンチレータを用いて測定した。ターゲットと減速材の位置に対する中性子束の変化に着目し、ターゲットを入射陽子軸方向に移動させて測定した。投入電力あたりの測定の積分強度は、入射エネルギーが高くなるとわずかに減少することが観測された。また、減速材の位置を
15cmの範囲で変更しても、中性子強度は10%程度の範囲で大きな変化がないことがわかった。これは、実際のターゲットと減速材設計において減速材位置の自由度があることを示す。
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; 大井 元貴*
JAERI-Conf 2001-002, p.835 - 847, 2001/03
核破砕反応による中性子は陽子を起因とする。そのため、陽子エネルギーの選択は性能の高い中性子源の開発において重要である。本研究では、最適な中性子源にとって最適な陽子エネルギーを見いだすため現実に近い体系(ターゲット・モデレータ・反射体)をモデルにし、そのモデレータから得られる中性子特性(中性子強度)をニュートロニクス計算によって評価した。ニュートロニクス検討の結果、最も性能の高い中性子源を得るための陽子エネルギーは1-2GeVであり、それ以上のエネルギーの増加は中性子強度が減少するため性能は下がることが得られた。中性子強度の陽子エネルギー依存性が、最適化された裸の体系から得られる全中性子収率と傾向が同じであることや、モデレータの種類(結合型や非結合型)に関わらず変化しないことも新しい知見として得られた。
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。
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。
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。
Bin, C.; 曽山 和彦
JAERI-Conf 2001-002, p.592 - 599, 2001/03
多層膜スーパーミラーからの非鏡面反射の解析を行った。多層膜は、薄膜面内及び多層膜の面間の粗さ成分の相関に伴う散漫散乱を起こす。この成分は、多層膜スーパーミラーを微小領域への集束装置として応用する際の性能劣化の原因となる。本手法は、基本的に単層膜に対してSinhaらが適用したDWBA近似法を使用し、これに多層膜間での干渉を考慮した。この結果、界面粗さ
、粗さの相関距離
、粗さの指数hを元にした相関関数をパラメータとすることにより、界面粗さ、多層膜間の相関を減少させることによって、散漫散乱を低減できることがわかった。
曽山 和彦; 村上 勝彦*
JAERI-Conf 2001-002, p.551 - 556, 2001/03
極短周期(周期長26
30
)のNi/Ti及びNi/Mn多層膜の各界面にアルゴンイオンビームを照射し、600層の全膜層にわたって界面粗さを34 rmsに低減することに初めて成功した。本手法はイオンビームスパッタリング法によって成膜した多層膜の各膜ごとに、入射角10度、照射時間69秒(Niの場合)、加速電圧100Vの最適化した条件で照射することにより、表面層の結合力の弱い原子のみを弾き飛ばし、界面粗さを低減するものである。これによって、従来、7程度であった界面粗さを約3Å程度に減少させることができ、中性子多層膜ミラーの中性子反射性能を飛躍的に向上させることができた。本手法で作成した多層膜ミラーは、高性能スーパーミラー及びモノクロメータとして用いられるだけでなく、高強度マイクロビーム集束装置、ドップラーシターに応用した超冷中性子発生装置など、さまざまな応用の可能性を有している。
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。
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。
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。
