冷中性子減速材内組入れ型超冷中性子源の研究

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現在、大強度加速器中性子源の建設が国内・国外で計画されている。これまで、加速器中性子源では超冷中性子源は設置されてこなかったがこのような大強度線源では設置できる可能性がある。加速器冷中性子源で、超冷中性子強度を増やす方法としては、冷中性子源において冷中性子境強度を増やすこと、超冷中性子源の効率を上げること、超冷中性子源・冷減速材のカップリングを良くすることの三つが考えられる。冷減速材の中に超冷中性子源を組入れるような形でカップリングを良くするためには、熱負荷の小さい冷中性子源が望ましい。この条件に合致する冷中性子源として、結合型液体水素減速材がある。これを用いることによって従来型の非結合体液体水素に比べて約3倍の強度が得られる。さらに強度を上げる方法として、液体水素減速材周囲にプレモデレータをつけて、ターゲットで発生した高エネルギー中性子をあらかじめ減速してから入射する方法がある。プレモデレータ材料として何が最も優れているかについて検討した。材料としては、水素数密度が高いものが優れていると考えられるので、ポリエチレン・水・ZrH_2を調べた。プレモデレータとしての最適厚さはポリエチレン2cm,水・ZrH_2が3cmであった。その時の冷中性子強度はプレモデレータが無い場合と比較して、ポリエチレンで2倍、水1.8倍、ZrH_21.5倍であった。ZrH_2の特性が劣るのは、熱中性子領域に中性子とエネルギーのやりとりをする有効な運動モードがないためである。ポリエチレンは放射線損傷に弱いので、水が最も優れたプレモデレータ材料である。今後は、この水プレモデレータ付液体水素冷中性子源に、超冷中性子源を組み入れて、超冷中性子強度がどうなるかを検討する。