Study on displacement damage in metals and other materials caused by the world's highest energy protons (440 GeV)
| Project/Area Number |
22K04992
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 31010:Nuclear engineering-related
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
明午 伸一郎 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, 研究主席 (80354728)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安部 晋一郎 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究職 (00727373)
岩元 洋介 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, マネージャー (10391327)
中野 敬太 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, 研究職 (10883514)
吉田 誠 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (70379303)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2025: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | 材料損傷 / 原子あたりのはじき出し数 / はじき出し断面積 / 損傷モデルの検証 / CERN / HiRadMat / 440 GeV陽子 / PHITS / 430 GeV陽子 / 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 / 極低温 |
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| Outline of Research at the Start |
欧州原子核研究機構(CERN)などにおいて、超高エネルギーの大強度陽子ビームを用いた、素粒子物理施設が進められている。ビーム窓・標的等の照射損傷の計算モデルの検証に必要な、原子の弾き出しの起こしやすさを表す、弾き出し断面積の測定データが存在しないため損傷評価ができない問題がある。本研究では、世界最高エネルギーを有するCERNにおいて、弾き出し断面積を測定し、損傷評価計算モデルを超高エネルギー領域に発展させる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
数百GeVオーダーの超高エネルギーの大強度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ものの、ビーム標的などの材料の損傷評価に必要な「はじき出し断面積」測定データが全くない。欧州原子核研究機構(CERN)の陽子照射施設HiRadMatにおいて、440 GeV陽子照射による様々な金属などのはじ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。本実験のためには、CERN放射線管理区域への入域が必要となるため、CERNに赴き必要なトレーニングを全て受講した。また、実験を行う現場の確認や、先方の研究者等と直接会って行う議論などにより、これまで我々が進めてきた測定手法に問題がないことを確認した。さらに、実験に関して定期的なビデオ会議を実施し準備を進めた。
本実験では、極低温に冷却した試料の電気抵抗率の変化により、はじき出し断面積を観測するため、冷凍機とそのための真空チェンバが必要となる。HiRadMatでは、既に同様の装置を用いて実験を行ったグループがあるので、この装置借用の可能性に関して確認したところ、無償での借用が認められた。借用にあたり、装置の放射化が課題となったため、FLUKAコードの計算により高度な放射化を引き起こさずに試験が可能なことが判明した。また、試料などの体系が異なることから、ベースプレートなどの一部装置の製作が必要となったため、これを製作した。先方の3D CADに基づき製作したものの、ベースプレートの固定用の孔などがCADと異なることが判明したため、軽微な変更が必要なことが判明した。
ビデオ会議によりスケジュール調整を行い、ビームを用いた実験は、令和7年(2025年)の5月に実施する予定となった。この実験計画と準備に関し、国際会議などで発表を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
定期的なビデオ会議により、実験を計画通り進めることができた。令和7年(2025年)の実験に向けて着実な準備を行い、計画を順調に進めていることから、「おおむね順調に進展している」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和7年(2025年)の5月にCERN HiRadMatにおいて、440 GeV陽子を用いた試験を行う予定となる。CERNから旅費の支援も受けられるようになったので、この旅費で令和6年度もCERNに赴き、HiRadMatでの実際の実験の様子などを視察する予定となる。また、令和6年度では、実験機器の輸送などの準備も進める予定となる。
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Report
(2 results)
Research Products
(3 results)
