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麻生 智一; 門出 政則*; 佐藤 博; 日野 竜太郎; 達本 衡輝; 加藤 崇
日本原子力学会和文論文誌, 5(3), p.179 - 189, 2006/09
J-PARCのMW級核破砕中性子源(JSNS)では、水素(液体又は超臨界)をモデレータ材料として用いる。水素モデレータは過酷な中性子場による核発熱条件下にあり、モデレータ容器の効率的な冷却が要求される。そこで、衝突噴流による冷却特性に着目し、水素の温度上昇を抑えて水素密度が大きく変化しないように容器構造と流動条件を検討することとした。容器壁のある閉空間における衝突噴流による熱伝達特性を評価するために、2次元定常熱伝導の逆問題解を用いた熱伝達率を求める手法を導入し、JSNSモデレータの円筒型容器を模擬した試験体による実験結果から、熱伝達率分布は、壁のない水平平板に対する分布と異なり、容器壁の影響によって噴流Re数の増加に伴い容器壁周辺の熱伝達率が増加し、モデレータ容器底面r=0
70mmの範囲における平均ヌセルト数Nuavは、ノズル高さH/d
0.4の場合、管内強制対流熱伝達のDittus-Boelterの式の2.5倍以上となることを明らかにした。そして、中性子性能や液体水素の強制循環に影響を及ぼさないような実機運転条件を評価した。
前川 藤夫; 及川 健一; 田村 昌也; 原田 正英; 池田 裕二郎; 渡辺 昇
LA-UR-06-3904, Vol.1, p.129 - 138, 2006/06
J-PARC計画のJSNSでは、合計23本の中性子ビームラインが設置される。そのうちの1本は、物質・生命科学実験施設(MLF)に割り当てられ、MLFではJSNSの中性子性能を実証し、観測するための中性子ビームライン(NOBORU)を建設する。NOBORUの大部分、つまりビームダクト,遮蔽体,ビームストップ,スリット,測定キャビン,ジブクレーン,試料台等は2004年3月に既に発注済みで、2007年中に設置が完了する。T0チョッパー,フレームオーバーラップチョッパー,検出器システム,試料等は、今後の発注となる。試料位置は非結合型減速材から14mの位置である。試料室の概寸は、広さ3
2.5m,高さ3mである。遮蔽構造は、詳細な3次元構造を考慮した遮蔽計算により決定した。会合では、このNOBORUの設計について発表する。
原田 正英; 渡辺 昇; 勅使河原 誠; 甲斐 哲也; 前川 藤夫; 加藤 崇; 池田 裕二郎
LA-UR-06-3904, Vol.2, p.700 - 709, 2006/06
JSNSにおいて、全ての中性子ビームラインに対するパルス特性データは、装置設計において不可欠である。詳細な計算モデルを構築し、PHITSコード及びMCNP-4Cコードを使用して評価を行った。これらの結果は、2004年9月よりJ-PARCのホームページ上で、公開している。製作設計を行っている中で、モデレータ形状の変更により、パルス特性(特にパルステールで)が低下していた。計算から、デカップラーと反射体容器設置する中性子吸収ライナーとの隙間からの漏洩中性子が原因であることがわかった。現在、製作設計の最終段階で、パルス特性を低下させるほかの要因を注意深く見つけ、製作設計にできるだけ反映させようとしている。さらに、デカップラー,ライナー及びポイズンの不均一な燃焼を考慮したパルス特性評価,各中性子ビームホールでのGeVまでの高エネルギー中性子エネルギースペクトルの導出も行った。
長谷川 勝一; 加藤 崇; 麻生 智一; 牛島 勇*; 達本 衡輝; 大都 起一*; 池田 裕二郎
LA-UR-06-3904, Vol.2, p.402 - 407, 2006/06
JSNSではモデレーターとして超臨界圧水素を採用しており、現在このための水素循環システム並びに輸送配管の設計を行っている。想定外事象が発生した場合には安全性の観点より速やかに水素を外部放出する必要がある。このため緊急時には水素輸送配管の真空断熱層内にヘリウムガスを注入,入熱を行い放出時間の短縮を行う方法を検討している。この際の放出水素の圧力変動と放出速度の数値解析を行った。水素放出中、水素放出配管内の圧力上昇は設計圧力である0.1MPa以下である必要がある。この条件を満たすためには真空層内に注入するヘリウムの圧力を0.04MPaに保つ必要がある。このときの水素放出速度は放出開始150秒後に最大で0.047Kg/sに達する。5分後には系内水素の90%の放出が完了する。この評価によって安全な水素の緊急放出方法の確立が行われた。
麻生 智一; 門出 政則*; 佐藤 博; 達本 衡輝; 加藤 崇; 池田 裕二郎
LA-UR-06-3904, Vol.2, p.385 - 394, 2006/06
J-PARCのMW級核破砕中性子源(JSNS)では、水素をモデレータ材料として用いる。水素モデレータは過酷な中性子場による核発熱条件下にあり、モデレータ容器の効率的な冷却が要求される。水素密度が大きく変化しないように衝突噴流による容器冷却を提案したが、モデレータ容器内の狭い空間内における衝突噴流部の熱伝達特性が不明だったため、水による実規模モデルのモデレータ容器を用いた熱伝達実験を実施した。2次元定常熱伝導の逆問題解を円筒座標系に適用し、熱伝達率を求める手法を確立して容器内熱伝達特性を把握するとともに、中性子性能や液体水素の強制循環に影響を及ぼさないような運転条件を評価した。
明午 伸一郎; 野田 文章*; 石倉 修一*; 二川 正敏; 坂元 眞一; 池田 裕二郎
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 562(2), p.569 - 572, 2006/06
被引用回数：19 パーセンタイル：77.5(Instruments & Instrumentation)JSNSでは3GeV陽子ビームが早い繰り返しのシンクロトロン(RCS)から水銀の核破砕中性子ターゲットに輸送される。水銀ターゲット容器におけるピッティングによる損傷を減らすためには、陽子ビームの電流密度のピークを下げることが最も効果的である。本研究では、第一ステップとしてターゲットでのビームプロファイルを評価した。ビームプロファイルはRCS出口の位相空間で決定される。位相空間における分布は、空間電荷効果を考慮したSIMPSONSコードにより計算した。実空間における、プロファイル分布はベータトロン振幅の行列変換により導出した。RCSにビームを入射する場合において、コリレーテッドペインティングよりもアンタイコリレーテッドを用いることによりピーク電流密度が減ることがわかった。
原田 正英; 渡辺 昇; 今野 力; 明午 伸一郎; 池田 裕二郎; 仁井田 浩二*
Journal of Nuclear Materials, 343(1-3), p.197 - 204, 2005/06
被引用回数：31 パーセンタイル：87.1(Materials Science, Multidisciplinary)JSNSにおけるメンテナンスや保管シナリオ構築のために、構造材の寿命を評価する必要がある。DPA(Displacement per Atom)は、放射線損傷の度合いを示す主要な指標である。そのため、まず、DPA計算の機能を粒子及び重イオン輸送計算コード"PHITS"に追加した。DPA計算には、はじき出し断面積が必要であったので、150MeV以下の中性子のはじき出し断面積はLA150ライブラリよりNJOYコードを用いて作成し、150MeV以上の中性子とすべてのエネルギーの陽子のはじき出し断面積はPHITSコードにおける核反応生成物のエネルギーから計算した。このPHITSコードを用いて、JSNS線源集合体のDPA値とDPAマッピングを計算した。その結果、各部の5000MWh運転によるDPAのピーク値は、ターゲット容器で4.1、反射体及びモデレータ容器で2.8、陽子ビーム窓で0.4となった。これらの結果から、ターゲット寿命は1年、モデレータ及び反射体寿命は6年と評価した。
前川 藤夫
波紋, 15(1), p.10 - 13, 2005/01
1MWのパルス核破砕中性子源であるJSNSの大部分は、複雑な3次元形状を有する遮蔽体と考えることができる。われわれは、モンテカルロ法に基づく粒子シミュレーションコードによる遮蔽計算手法を開発した。この手法により、JSNSの3次元遮蔽構造を高精度で設計することができる。設計計算を行い、JSNSの基本構造最適化を行った。
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。
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。
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。
中性子科学研究センター; 先端基礎研究センター
JAERI-Review 2002-002, 40 Pages, 2002/03
JAERI-Review-2002-002.pdf:4.03MB
このワークショップは、中性子回折による応力測定に焦点をあてて、2001年10月15日から16日まで東海研究所で開催されたもので、JRR-3M原子炉で最近行われた技術開発やいろいろな物質での残留応力測定研究を検討して、今後の定常中性子源や建設予定のパルス中性子源JSNSを利用した産業利用に役立てるために企画された。
