Experimental data of deep-penetration neutrons through a concrete and iron shield at the ISIS spallation neutron source facility using an 800-MeV proton beam

Abstract

Measurements of deep-penetration neutrons through a thick bulk shield were per-formed at an intense spallation neutron source facility, ISIS, of the Rutherford Appleton Laboratory (RAL), United Kingdom. Neutrons were produced by 800 MeV-200 microampere protons impinging on thick tantalum at the center of the target station. The target was shielded with approximately 3-m-thick steel and 1-m-thick ordinary concrete in the upward direction. On top of the shield of the target station, the neutron flux attenuations through concrete and iron shields, which were additionally placed up to 1.2-m and 0.6-m thicknesses, respectively, were measured using activation detectors of graphite, bismuth, aluminum and an multi-moderator spectrometer using indium-oxide activation detector. The attenuation lengths for concrete and iron of high-energy neutrons above 20 MeV at 90 deg to the proton beam axis were obtained from the (12)C(n, 2n)(11)C reaction rates. The neutron energy spectra in the energy range from thermal to 400 MeV behind concrete and iron were also obtained by an unfolding analysis using the reaction rates of (12)C(n, 2n)(11)C, (27)Al(n, alpha)(24)Na, (209)Bi(n, xn)(210 - x)Bi (x = 4-10), and (115)In(n, gamma)(116m)In. All experimental data are summarized here for estimating the accuracy of deep-penetration calculations.

1998年9月?11月、英国ラザフォード・アプルトン研究所の核破砕中性子源施設ISISにおいて高エネルギー中性子の深層透過遮蔽実験を行った。中性子源は800MeV-200μAの陽子をタンタルターゲットに照射して得られる。ターゲットステーションの上方(陽子入射方向に対し90度)は、厚さ約3メートルの鉄と厚さ約1メートルのコンクリートの遮蔽プラグで遮蔽されている。本実験ではターゲットステーション上部に、さらに追加遮蔽からだのコンクリート1.2メートル、または鉄0.6メートルを設置して、中性子束およびエネルギースペクトルの変化を測定した。使用した検出器は、黒鉛、ビスマス、アルミニウム、多減速材付酸化インジウムの各放射化検出器である。黒鉛放射化検出器の測定結果から、陽子ビームに対し90度方向の遮蔽体中の中性子原弱距離が、コンクリートと鉄についてそれぞれ得られた。また遮蔽体透過後における中性子エネルギースペクトルが、各放射化検出器の反応率を用いたアンフォールディング法によって得られた。本研究に利用した放射化反応は、(12)C(n, 2n)(11)C、(27)Al(n, alpha)(24)Na、(209)Bi(n, xn)(210 - x)Bi (x = 4 - 10)、(115)In(n, gamma)(116m)Inである。この実験の結果から、800MeV陽子による核破砕中性子の90度方向の中性子減弱距離はコンクリートに対し125.4+/-5.1g/平方センチメートル、鉄に対し161.1+/-2.1g/平方センチメートルを得た。また、簡易式や計算コードおよびそれらパラメータやデータの精度検証を行えるように、本実験で得られた全ての測定データや実験条件を数値データでまとめた。