Study on displacement damage in metals and other materials caused by the world's highest energy protons (440 GeV)

世界最高能量质子（440 GeV）对金属和其他材料造成的位移损伤研究

• 批准号: 22K04992
• 负责人: 明午 伸一郎
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Japan Atomic Energy Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04992/
• 关键词: はじき出し断面積; 430 GeV陽子; PHITS; NRTモデル; arc-dpaモデル; 原子あたりのはじき出し数(dpa); 金属; 弾き出し断面積; 440 GeV陽子; 極低温

世界中で単位面積あたりの陽子の数を多くした（大強度化）、数百GeVオーダーの超高エネルギーの陽子ビームを用いた素粒子物理施設の建設が計画されている。しかし、ビーム標的や構造材等の交換頻度などを決定する、材料の寿命評価に必要な照射孫総量の計算モデルの検証・改良に必要な、原子弾き出しの起こしやすさを表す「弾き出し断面積」測定データが全くない。そこで、これまで我々が開発した極低温照射装置を活用して、欧州原子核研究機構(CERN)において、440 GeV陽子照射による様々な金属などの弾き出し断面積を測定し、我々独自の照射損傷モデルを440 GeVの超高エネルギー領域に発展させるのが本研究の目的となる。令和4年度では、CERNの照射施設(HiRadMAT)の研究者等とリモート会議による月に一回の定期的な議論を行い、詳細な実験準備を進めた。実験準備としては、実験に用いる真空チェンバ―はCERNの別の研究者が所有するものを大幅な改造なしに使用できることを再確認した。ただし、試料冷却用の銅製のプレートが必要となることが判明したため、実験に用いる銅プレートについて詳細設計と製作を行った。また、試料の抵抗測定に必要な機器は、我々が所有するものをそのまま利用できることが判明したが、校正が必要であったためこれを実施した。さらに、CERNの研究者との議論により、実験に用いるケーブルや試料位置などに関する詳細な条件を検討した。また、実験における安全検討を行い、着実な準備を進める事ができた。ビームを用いた実験は、令和6年度(2024年4月以後）に実施予定となった。

在世界范围内，计划使用超高的能量质子束在数百个GEV的订单上构建粒子物理设施，以增加单位面积质子的数量（增加强度）。但是，没有“挤出横截面区域”的测量数据，这表明原子爆破的便利性，这对于验证和改进材料生命评估所需的辐射总量的计算模型是必不可少的，这决定了梁的替换频率，这是对梁目标的替换频率，结构材料的量度，以及对各种量子的衡量，我们已经进行了跨越的范围。欧洲核研究组织（CERN）的440 GEV质子辐射引起的材料，并将自己的辐射损伤模型开发为440 GEV的超高能区域。 2022年，我们每月通过远程会议每月与CERN辐射设施（HIRADMAT）讨论的研究人员进行定期讨论，并进行了详细的准备。为了准备实验，我们重申了实验中使用的真空室，可以由另一位CERN研究人员使用而没有进行重大修改。但是，由于发现需要冷却样品的铜板，因此进行了详细的设计和制造实验中使用的铜板。此外，发现可以按原样使用测量样品电阻所需的设备，但是由于需要校准，因此进行了校准。此外，与CERN研究人员的讨论研究了有关实验中使用的电缆和样品位置的详细条件。此外，在实验中进行了安全考虑，并进行了稳定的准备。使用梁的实验计划于2024年（2024年4月之后）进行。

项目成果

Measurement of displacement cross section for high-energy protons at FNAL and CERN and future plan for material damage using 400 MeV protons at J-PARC

FNAL 和 CERN 测量高能质子的位移截面，以及 J-PARC 使用 400 MeV 质子进行材料损坏的未来计划

• 发表时间: 2024
• 作者: Shin-ichiro Meigo;Yosuke Iwamoto
• 通讯作者: Yosuke Iwamoto