[論文レビュー] Pulsed Neutron Source using 100-MeV electron Linac at Pohang Accelerator Laboratory

G. N. Kim, Heung-Sik Kang+4 more|ArXiv.org|Aug 15, 2000

Nuclear Physics and Applications被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、ポハン加速器研究所における100-MeV電子リニアックの設計・建設および初期試験を提示し、タニッシュチウム標的においてブレムストラールングおよび光核反応によりパルス性中性子源を生成する。施設は15メートルの飛行時間路を有し、測定された長さは10.81±0.02 mであり、0.5 µsチャンネル分解能を有する飛行時間分光法を用いて核データ測定のための中性子エネルギー分解能を実現した。

ABSTRACT

The Pohang Accelerator Laboratory operates an electron linac for the pulsed neutron source as one of the long-term nuclear R&D programs at the Korea Atomic Energy Research Institute. The designed beam parameters are as follows; The nominal beam energy is 100 MeV, the maximum beam power is 10 kW, and the beam current is varied from 300 mA to 5A depends on the pulse repetition. The linac has two operating modes: one for short pulse modes with the various repetitions between 2 ns and 100 ns and the other for long pulse modes with 1 ms repetition. We have constructed and tested an electron linac based on the existing equipment such as a SLAC-5045 klystron, two constant gradient accelerating sections, and a thermionic RF-gun. We present the characteristics of the linac and report the status of the pulsed neutron source facilities include a target system and time-of-flight paths.

研究の動機と目的

• 電子駆動型光中性子生成を用いた高分解能核データ測定のためのパルス性中性子源の開発を目的とする。
• ポハン加速器研究所に既存のインfraを活用し、費用対効果に優れた高強度中性子施設を構築することを目的とする。
• 将来の核断面積測定のための飛行時間路長および中性子エネルギー分解能の妥当性を検証することを目的とする。
• 100-MeV電子リニアックを用いたビーム性能およびタニッシュチウム標的と水冷却システムを用いた中性子発生量の実証を目的とする。
• 16,384チャンネルの時間分解能を有する飛行時間分光法のための信頼性の高いデータ取得システムの構築を目的とする。

提案手法

• SLAC-5045 klystron、2つの一定勾配加速構造、熱電子RFガン、ビーム診断装置を用いて、既存部品を活用して100-MeV電子リニアックを構築した。
• リニアックに垂直な15メートルのステンレス鋼製TOFチューブに、6LiガラスシンチレーターとBF3カウンターを設置し、中性子検出およびビームモニタリングを実施した。
• 150 MHzの時間デジタイザ（Turbo MCS）を用い、0.5 µsチャンネル幅および12 HzのRFトリガを採用して飛行時間データ取得を実施した。
• 飛行路長を決定するために、共振エネルギーとチャンネル番号データを最小二乗法でフィッティングし、次の式を用いた：L = (3.72 × ∆t × I + τ) / ∆E。
• Sm、Ta、W、Agのサンプルを用いて中性子TOF測定を実施し、熱中性子を抑制するために0.5 mmのCdフィルターを設置した。
• ガンマフラッシュおよび熱中性子背景を低減するために、検出器をポリエチレンおよび lead でシールドした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ポハン中性子施設における15メートルのTOF中性子路の有効飛行路長は何か？
• RQ2 既存部品を用いた100-MeV電子リニアックで達成可能なビームパラメータ（エネルギー、電流、パルス幅）は何か？
• RQ3 100-MeV電子ビームをタニッシュチウム標的に照射した場合、1キロワットのビーム出力当たりの中性子発生量は何か？
• RQ4 0.5 µsチャンネル幅を有する飛行時間システムは、中性子エネルギーをどの程度の精度で分解能で測定できるか？
• RQ5 75 MeVにおける電子ビームのエネルギー分散およびエミッタンスは測定でどのようになるか？

主な発見

• TOFシステムの測定飛行路長は、共振エネルギーとチャンネル番号データの最小二乗法フィッティングにより10.81 ± 0.02メートルと決定された。
• 電子リニアックは、リニアック終端で最大75 MeVのビームエネルギー、40 mAのビーム電流、12 Hz繰り返し周波数における1.8 µsのパルス幅を達成した。
• RF位相およびアルファ磁石の磁場最適化により、エネルギー分散を1%未満に低減した。
• Ta標的からの中性子発生量は、1キロワットあたり2.0×10^12個の中性子/秒と推定された。
• 16,384チャンネルのTurbo MCSデジタイザを用いて、飛行時間システムは0.5 µsチャンネル分解能を達成した。
• RFトリガと実際のゼロ時刻との間の遅延時間τは0.87 µsと測定され、正確なエネルギーキャリブレーションに不可欠であった。