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吉本 政弘; 岡部 晃大; 原田 寛之; 金正 倫計; 加藤 新一*
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J-PARC 3GeVシンクロトロン加速器(RCS)では1MWの大強度陽子ビームを実現するために、荷電変換ビーム多重入射方式を採用している。従来のセプタム・バンプ電磁石のみを使ったビーム多重入射方式に比べてセプタム境界面でのビーム損失はほとんど起こらないため、原理的には多重入射する回数に制限は存在しない。しかし、詳細な残留線量測定の結果、荷電変換フォイルの周辺に非常に強い残留線量があることが分かった。PHITSシミュレーションの結果は、この強い放射化の原因が荷電変換方式ビーム多重入射時に、入射ビーム及び周回ビームが荷電変換フォイルに衝突することで起こる核反応による2次粒子によって引き起こされていることを強く示唆していた。このことを明らかにするために、フォイルからの2次粒子計測が重要になってくる。しかし、RCSの入射部は様々な機器が配置されている複雑な系になっているため、純粋にフォイルからの2次粒子を実験的に観測することは困難である。そこで、100度ダンプラインに新たにフォイル導入装置を設置し、2次粒子計測に必要な単純な実験系を構築した。ここでは、2次粒子の直接計測と金属薄膜を用いた放射化法による計測の2種類を計画している。まずは金属薄膜による放射化法で2次粒子種及びエネルギー分布の同定に向けた検討についてPHITSコードを用いて行った。この放射化法の有効性に関する評価結果について詳細に報告する。
吉本 政弘; 岡部 晃大; 金正 倫計
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J-PARC 3GeVシンクロトロン加速器(RCS)では、1MWの大強度陽子ビームを実現するために、炭素薄膜を用いた荷電変換ビーム多重入射方式を採用している。この荷電変換薄膜の周辺には高い残留線量が測定されており、その原因は荷電変換薄膜と入射及び周回ビームとの相互作用により生成された2次粒子(陽子及び中性子)によるものと考えられる。現在、JSP科研費JP16K05027を受け、2次粒子を直接計測するための新しい放射線計測器を開発中である。この計測器は、スチルベン結晶を用いた有機シンチレータと通常のプラスチックシンチレータを組み合わせたもので、2次粒子である陽子・中性子・
線を弁別することを目的としている。開発の第1段階としてのスチルベンシンチレータの組み立てと中性子・線弁別の性能試験を実施した。RCSのサブトンネル内では、中性子及び線のみが存在することが分かっている。この環境下で開発中のスチルベンシンチレータを用いた放射線計測を実施し、中性子と線の弁別ができることを確かめた。本発表では、このサブトンネル内で実施した性能試験について報告する。
吉本 政弘; 岡部 晃大; 金正 倫計
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J-PARC RCSでは、リニアックから400MeVのH
ビームを入射し、荷電変換薄膜で陽子に変換する。ビーム入射期間中において、荷電変換薄膜は入射されるHビームだけでなく周回するビームとも衝突する。高エネルギー大強度ビームを薄膜に照射すると核反応が生じ、二次粒子である陽子及び中性子が発生する。この二次粒子が薄膜周辺に強い放射化を引き起こし問題となっている。そこで発生した二次粒子の計測を計画しており、そのためには陽子・中性子・線を区別できる粒子検出器の開発が必須となる。そこで、われわれはスチルベン有機シンチレータとプラスチックシンチレータを組み合わせた粒子検出器の開発を進めている。スチルベンシンチレータはパルス波形弁別(PSD)手法を用いることで線と中性子・陽子とを弁別することができる。一方、中性子にほとんど反応しないプラスチックシンチレータをスチルベンシンチレータの前に設置することで、陽子と中性子との区別する仕組みが構築できる。本発表では、特に開発中のスチルベンシンチレータのPSD性能試験について報告する。
吉本 政弘; 岡部 晃大; 原田 寛之; 金正 倫計
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炭素薄膜を用いた荷電変換ビーム入射方法は、J-PARC 3GeVシンクロトロンにおいて大強度陽子ビームを実現させるための重要な要素である。従来の多重入射法に比べてビーム損失の少ない荷電変換入射法は、一方で高エネルギービーム照射に伴う荷電変換炭素薄膜内での核反応により大量の二次粒子を生成・放出させる。この二次粒子が、荷電変換炭素薄膜の周辺に非常に強い残留線量を発生させる原因であると、実験及びシミュレーションは強く示唆している。そこで、さらなる安定運転を達成するために、炭素薄膜からの二次粒子を直接計測し、かつ放射化への影響を調べるための測定系を入射ビームライン途中にあるビーム調整用の100度ダンプラインに構築した。この系は炭素薄膜導入装置と放射線計測のための真空容器からなる単純な構造をしており、周辺に余計な磁場や放射線を発生させるものはないようにした。二次粒子は陽子, 中性子, 線等複数の粒子が生成放出されるため、直接計測にはこれらの粒子を弁別することが重要な課題となる。そこで薄型プラスチックシンチレータとスチルベンシンチレータを組合わせた二次粒子検出器を考案し用いた。本発表では、線源を用いた二次粒子弁別測定の結果について詳細に報告する。