大強度電子ライナック実験施設

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作成： 2001/10/27 山内　良麿データ番号　　　：040251 大強度電子ライナック実験施設目的　　　　　　：大強度電子ライナック施設の概況とその中性子利用放射線の種別　　：電子,中性子放射線源　　　　：電子ライナック(180MeV,ピーク電流20A), 超伝導電子ライナック(5.6GeV, 180μA) 利用施設名　　　：Oak Ridge 国立研究所 ORELA, Geel GELINA, RPI 電子ライナック、京大KURRIライナック、Jefferson Lab CEBAF 照射条件　　　　：真空中、大気中応用分野　　　　：核物理、炉物理、物質科学、放射線計測、核医学概要　　　　　　：　Oak Ridge 国立研究所、Geel、RPI、京都大学やJefferson Labには大強度電子ライナックが設置されている。これらの電子ライナックからは、大強度電子ビームによって10¹³n/secを超えるパルス化中性子が得られることから、飛行時間法による中低速中性子の研究や材料照射実験等に広く用いられてる。さらに、Dubna 等でも大強度電子ライナックの建設が進められている。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　詳細説明　　　　：　現在、世界で5箇所の研究所が、大強度電子ライナックによって発生する強力な中性子を用いて、核物理の研究ならびに広い分野にわたる基礎や応用に関する研究を行っている。　　Oak Ridge国立研究所のORELA(Oak Ridge Electron Linear Accelerator)は180MeVの電子ライナックであり、繰り返し数は12-1000 pulses/sec, パルス幅は4-30nsecで、ターゲットにはタンタルを用いて、10¹⁴n/secの中性子を発生させることができる。中性子スペクトルは、10^-³eVから10⁸eVまでのエネルギー分布を持ち、中性子数の最大値は1MeV のところで4x10¹³n/MeV/secになる。中性子測定のために、飛行距離が9mから200mの飛行時間測定用ステーションが18箇所ある。宇宙でのA > 60の重い元素の合成は、主に中性子捕獲反応によると考えられているので、ORELAでは天体核物理の研究に重点が置かれ、現在(n,γ), (n,α) 反応の研究が集中的に行われている。このORELAに類似の加速器施設が世界でもう一カ所ベルギーのGeel にある。　　Geelの150MeV 電子ライナックGELINA (Geel Electron Linear Accelerator) は、水銀冷却のウランターゲットを用いて、パルス幅0.6nsecで、3.4x10¹³n/secの中性子を発生させることができる。中性子スペクトルのエネルギー範囲は数meVから20MeVである。飛行距離が8mから400mの12本の飛行コースがあり、高分解能の飛行時間法による中性子核反応の研究に使われている。この加速器施設はヨーロッパにおける中性子核データ測定の中核となっている。　　米国 Troy にあるRPI(Rensselaer Polytechnic Institute) には60MeVの電子ライナックがある。パルス幅は15nsec-5μsecで、中性子発生量は4x10¹³n/secである。このライナック施設では、40年にわたり、電子、光子、中性子を用いた原子核工学、物質の放射線処理、その他の工業への応用に関する研究が行われてきた。現在は炉物理、光中性子反応、中性子断面積、エレクトロニクス部品に関する放射線効果や宝石の着色等の研究が行われている。　　京都大学原子炉実験所には46MeVの電子ライナックがある。タンタル、タングステンなどの重金属をターゲットとして用い、パルス繰り返し数400Hzで、3.4x10¹³n/sec の中性子を発生させる。10-50mの飛行距離を持つ飛行時間中性子スペクトロメータ、鉛減速中性子スペクトロメータ等の測定装置を用いた中性子反応断面積や放射線による材料損傷等の実験が行われている。　　Jefferson Lab (Thomas Jefferson National Accelerator Facility) のCEBAF(Continuous Electron Beam Accelerator Facility) には、超伝導電子ライナックがある。設計エネルギーは4GeVであるが、現在5.6GeV, 180μAで運転されていて、偏極度80%の60μA偏極ビームも利用できる。最初の物理実験は1994年にスタートした。CEBAFでは、主としてクォークに基づいて原子核の性質を理解するという観点から、実験研究が進められている。3重のドリフトチェンバー、飛行時間測定用シンチレータ配列、チェレンコフカウンタ配列、電磁シャワーカロリメータを備えた大規模な測定装置CLAS (CEBAF Large Acceptance Spectrometer) が導入され、電子や光子入射反応の実験に用いられている。この加速器は12GeVへの増力が計画されている。　　建設中の電子ライナックとしては、DubnaのJINR (Joint Institute for Nuclear Research) のIREN (Intense Resonance Neutron Source) がある。IRENは200MeV電子ライナックからのビームがプルトニウムに囲まれたタングステンターゲットに打ち込まれ、e-γ-nという反応過程で発生した中性子は、プルトニウムの核分裂で増幅される。パルス幅400nsecで中性子発生量0.9x10¹⁵n/secが見込まれ、共鳴エネルギー領域の実験に使用される。図1にIRENの概略を示す。また韓国ではPAL (Pohang　Accelerator Laboratory) において中性子核データの研究を目指して、中性子発生量2x10¹³n/secの100MeV電子ライナックが建設中である。図2に各中性子実験施設の性能を示す。図1　The IREN source layout（原論文4より引用。　 Reproduced from W.Furman, Conference Proceedings Vol.59, Nuclear Data for Science and Technology, G.Reffo, A.Ventura and C.Grandi (Eds.) SIF, Bologna, 1997, p421-425, Figure 2 (Data Source 4))）図2　Comparison of neutron facilities.（原論文5より引用。　 Reproduced from G. N. Kim, S.J. Park, H.S. Kang, J.Y.Choi, W.Y. Baek,M.H. Cho, I.S. Ko, W. Namkung, and J.H. Chang,Proceedings of International Conference on Nuclear Science and Technology, Oct.5-8, 1998, Long Island, New York, p1470-1476, Table 3 (Data Source 5))）コメント　　　　：　ライナックによる電子の加速では、電子の発生やパルス成形が容易であり、イオン化の必要もないという利点がある。電子ライナックによって発生する中性子は、連続したエネルギー分布を持っているので、中性子反応の共鳴現象のような測定には、一度に広いエネルギー範囲での測定が可能な点で有利である。一方、特定の1点のエネルギーでの測定をする必要がある場合には、この連続したエネルギー分布を持つ中性子は不向きである。それ故、電子ライナックからの中性子の利用には、その特性に注意が必要である。原論文１ Data source 1： High-resolution neutron capture and transmission measurements, and the stellar neutron-capture cross section of ⁸⁸Sr P.E.Koeler, R.R.Winters^*, K.H.Guber^*^*, T.Rauscher^#^,^#^#, J.A.Havey, S.Raman, R.R.Spencer^*^*, J.C.Blackmon, D.C.Larson, D.W.Bardayan, and T.Lewis Physics Division, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, Tennessee 37831, ^*Department of Physics, Denison University, Granville, Ohio 43023,^*^*Computational Physics and Engineering Division, Oak Ridge NationalLaboratory, Oak Ridge , Tennessee 37831, ^#Departement fur Physik und Astronomie, Universitat Basel, CH-4056 Basel, Switzerland, ^#^#Department of Astronomy and Astrophysics, University of California at Santa Cruz,Santa Cruz, California 95064 PHYSICAL REVIEW C VOLUME 62, 055803 (2000) p055803-1 原論文２ Data source 2： A NEW PULSE COMPRESSION SYSTEM FOR INTENSE RELATIVISTIC ELECTRON BEAMS D.TRONC, J.M.Salome^* and K.H.Bockhoff^* CGR-MeV, Buc, France, ^*CEC, JRC, CBNM Geel, Belgium Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 228 (1985) 217-227 原論文３ Data source 3： CLAS- A Large Acceptance Spectrometer for Intermediate Energy Electromagnetic Nuclear Physics W.Brooks, for the CLAS Collaboration Thomas Jefferson National Accelerator Facility, 12000 Jefferson Avenue, Newport News VA 23606 Nuclear Physics A663&664 (2000) 1077c-1080c 原論文４ Data source 4： NEW PULSED NEUTRON SOURCE OF THE JINR THE IREN PROJECT W.FURMAN Frank Laboratory of Neutron Physics, Joint Institute for Nuclear Research, Dubna Conference Proceedings Vol.59, Nuclear Data for Science and Technology, G.Reffo, A.Ventura and C.Grandi (Eds.) SIF, Bologna, 1997, p421-425 原論文５ Data source 5： STATUS OF NEUTRON SOURCE BASED ON A 100-MEV ELECTRON LINAC IN KOREA G.N.Kim, S.J.Park, H.S.Kang, J.Y.Choi, W.Y.Baek, M.H.Cho, I.S.Ko, W.Namkumg, J.H.Chang^* Pohang Accelerator Laboratiry, POSTECH, San 31 Hyojadong, Namgu, Pohang 790-784, Korea, ^*Korea Atomic Energy Research Institute, 150 Dugjindong, Yusonggu, Taejon, 305-353, Korea Proceedings of International Conference on Nuclear Science and Technology, Oct.5-8, 1998, Long Island, New York, p1470-1476 原論文６ Data source 6： KURRI-Linac as a Neutron Source for Irradiation K.Kobayashi et al., Research Reactor Institute, Kyoto University Annu. Rep. Res. Reactor Inst. Kyoto Univ., 22 (1989) p142 キーワード：電子、中性子、電子ライナック、中性子スペクトル、パルス幅、飛行時間法、天体核物理、中性子核物理 electron, neutron, electron linac, neutron spectrum, pulse width, time-of-flight method, nuclear astrophysics, neutron nuclear physics, 分類コード：040102, 040103
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