2.1.3-3-B-2-1中性子の発生とターゲットの発熱および寿命 ーゲットの材料として、陽子線照射による中性子発生.pdf

2.1.3-3-B-2-1 中性子の発生とターゲットの発熱および寿命 ターゲットの材料として、陽子線照射による中性子発生効率が高く、かつ薄膜（数μｍ）を形 成できる Be を用いることとする。陽子線入射時に生じるもろもろの現象は図A-32 のようにまと められる。 図A-32 Be 標的 陽子線の入射によりターゲットは加熱されるが、薄膜のため熱伝導による伝熱は無く輻射のみ による放熱となる。陽子線の入射によるターゲットの損耗には、蒸発（昇華）とスパッタがある が、スパッタによる損耗はほとんど無視できるため温度上昇による Be の蒸発による損耗を評価 した。１日８時間の運転を想定し、膜厚の30％が蒸発した時点をターゲットの寿命と定義し温度 と寿命の関係を試算した結果を図A-33 に示す。また、ターゲットの単位面積当たりの入熱とタ ーゲット温度の関係を試算した結果を図 A-34 に示す。図A-33、図 A-34 より、ターゲット寿命 を１ヶ月とした場合の入熱は、6.6 W/cm2 となる。 61 図A-33 寿命と電流密度 図A-34 入熱とターゲット温度の関係 この条件を満たすターゲットの大きさは、ターゲット厚を 10 μm、陽子周回ビーム 11 MeV ? 70 mA と想定すると、680 cm2 の照射面積が必要となる。実効的にターゲットの照射面積が大 きくなる構造を検討している。 周回電流の電流密度分布についても考慮する必要がある。上の検討はビーム電流の密度分布が 平坦な場合について必要面積を求めたものであり、局所的にビーム電流密度が高い場合積分電流 値は低く抑えられる。 ターゲットから出射する中性子線の密度分布は出射角度により異なる。東北大学で行われた Li への 25 MeV のデューテロン入射実験のデータ[1]によれば、中性子の発生分布が前方方向（速い 成分が主体）にピークを持っている場合でも、立体角が小さいため積分値としての割合はそれほ ど大きくない。本計画では前方に中性子線を取り出すことは陽子ビームと重なるため不利である が、１?２ MeV の中性子は等方的に発生しており、モデレータでの中性子線の反射?収束を効 率良く行えば、中性子線取り出し方向はそれほどこだわる必要がないことが分かった。 3-3-B-2-2 入射時の荷電変換と中性子輸送系の始点 FFAG-ERIT では、ライナックからの負水素イオンビームは荷電変換して周回軌道に入射され るが、この荷電変換膜としてターゲットを共用することにする。ターゲットと荷電変換膜を別個 に設ければ入射ポート等の自由度は増すが、入射のための新たな機器が必要となり設置コストの 増大、装置の大型化、メンテナンス性の悪化などを招くため、共用方式を採用した。 H＋に荷電変換されずに膜を通過する H0 も存在する。これは周回ビーム軌道に乗らず入射装置 周辺の真空壁に衝突して放射化あるいは発熱の原因となる。このため下流側偏向電磁石内真空チ ェンバの内側にグラファイト板を設置することを検討する。 62 モデレータを含むターゲットの位置?構造の検討も電磁石の検討に合わせスパイラル型電磁石 およびラディアル型電磁石の両方について検討を行った。ターゲットの基本的な支持は、真空チ ェンバ上部に配置したフランジにターゲットを吊り下げる形になる。フランジは中性子により放 射化が予想されるため、交換時にはフランジ毎遮蔽箱に収納し新しいターゲット付きフランジを 設置することになる。 2.1.3-3-B-2-3 ビームの入射とペインティングの検討 ターゲットを通過する周回ビームの空間分布は、ターゲットに対する熱負荷の分布を左右する 重要なパラメータである。2-1 で述べたようにターゲット上でのビームの分布は出来るだけ平坦 であることが望ましい。このため入射したビ