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。

世界各地都计划建造使用数百GeV量级的超高能质子束的粒子物理设施，单位面积内具有大量质子（高强度）。然而，代表原子弹射难易程度的“弹射截面积”对于验证和改进评估材料寿命所需的照射粒子总量的计算模型是必要的，它决定了原子弹射的频率。更换梁靶和结构材料等，尚无测量数据。因此，我们使用迄今为止开发的低温辐照设备，在欧洲核子研究组织（CERN）测量了各种金属等因440 GeV质子辐照而产生的喷射截面，并开发了我们自己的辐照损伤这项研究的目的是将其发展到440 GeV的超高能量区域。 2020财年，我们每月定期与CERN辐照设施（HiRadMAT）的研究人员通过远程会议进行讨论，并做好详细的实验准备。在准备实验时，我们再次确认实验所用的真空室是欧洲核子研究组织另一位研究人员拥有的，无需进行重大修改即可使用。然而，我们发现需要一块铜板来冷却样品，因此对实验中使用的铜板进行了详细的设计和制作。此外，我们发现我们可以使用已有的设备来测量样品的电阻，但它需要校准，所以我们进行了这一点。此外，通过与CERN研究人员的讨论，考虑了实验中使用的电缆、样本位置等详细条件。另外，我们对实验进行了安全审查，做好了稳定的准备工作。使用光束的实验计划于 2024 财年（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