2022 Fiscal Year Annual Research Report

Demonstration of a production target of secondary particles with new methods

Research Project

Project/Area Number	22H00143
Research Institution	High Energy Accelerator Research Organization
Principal Investigator	澤田真也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, 教授 (70311123)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	渡辺丈晃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 (00415043) 高橋仁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, 教授 (60353372)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2026-03-31
Keywords	標的 / 大強度陽子加速器 / 二次ビーム / 原子核物理 / 素粒子物理
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、ヘリウムガスによって冷却および回転駆動を行う円盤型回転標的の開発を行う。事前の開発研究を礎に、主に以下の項目について研究を行う。（１）円盤の周辺部と中心部に異種金属を用いるがその接合方法の実証を含む円盤の製作方法の確立、（２）密閉容器内でのヘリウムガスによる冷却効率の基礎データの収集と熱流体解析、強度解析による標的デザインの最適化、（３）回転円盤監視装置の開発・試験、（４）ヘリウムガス中での長期運転試験による実証。このうち、2022年度には以下の研究を実施した。（１）接合方法の円盤形状での実証：ハドロン実験施設の二次粒子生成標的では、二次粒子発生部分は密度が高くかつ熱伝導に優れた金あるいは白金を使用する。円盤（外径346mm、厚さ66mm、重量約34kg）の外周部分が標的本体の二次粒子発生部分であるが、全体をこれらの金属で製作するとコストが非常に高くなる。このことを勘案し、純タングステンあるいはタングステン合金により円盤を製作することを想定し、これらの素材での接合試験や引っ張り試験等の強度評価を行い、円盤製作方法の開発を進めた。（２）熱流体解析：ヘリウムガスによる冷却効率を現実的な３次元の条件で解析するための熱流体解析を立ち上げ、推進した。（３）ヘリウム循環装置の開発：次年度以降のヘリウムガスによる冷却効率の測定やヘリウムガスによる長期運転試験のためのヘリウム循環装置を開発のため、ヘリウムガスコンプレッサーを導入した。これによって計算通り十分な流量を得られるか、確認した。2022年度経費の繰り越しを得て、ヘリウム循環装置の試験を行った。（４）回転円盤監視装置の開発・試験：回転円盤の回転数を監視するモニターの一つである耐放射線変位センサー、および、円盤の温度センサーの試作および試験を行った。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 円盤の製作方法に関して接合方法の円板形状での実証を行う計画であったが、金属価格の高騰により当初予定していた金あるいは白金の外盤を導入することを断念した。しかしながら、純タングステンあるいはタングステン合金によっても二次粒子生成標的としての十分な性能を引き出せるとの評価を行い、これらの材料を導入し、接合等に関する試験を行うことができた。このためこの面での計画の進行状況は結果としておおむね順調である。熱流体解析の立ち上げは、計画通り実施することができた。ヘリウム循環装置の開発に関しては、2022年度には、資材の入手難のためコンプレッサの耐久試験の開始が遅れたが、経費の繰り越しを受けて2023年度半ばまでにはその遅れを挽回することができた。回転円盤監視装置の開発・試験については、計画通り、耐放射線変位センサー、および、円盤の温度センサーの試作・試験を行うことができた。これらから、全体として、概ね順調に進展していると言える。
Strategy for Future Research Activity	2022年度は概ね順調に進展することができたので、引き続き、研究計画を進める。円盤の製作方法に関しては、タングステン合金等について、接合方法の試作および強度等に関する評価を引き続き行う。熱流体解析について、ヘリウムガスによる冷却効率を現実的な3次元の条件での解析を開始する。ヘリウム循環装置の開発について、2022年度経費によって準備が進んだので、ヘリウムガスによる回転円盤の冷却効率の測定やヘリウム循環装置の試験を行う。回転円盤監視装置の開発について、引き続き、耐放射線変位センサー、および、円盤の温度センサーの試作および試験を行う。回転駆動装置の開発について、異常を想定した試験として地震想定の振動試験を実施する。