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本研究は、米国フェルミ国立加速器研究所(FNAL)において、120GeV陽子による生成二次粒子線を用いた物質内粒子線挙動測定実験を行うことを目的としている。
反陽子ターゲットステーションにおいては、ターゲットの側方コンクリート遮蔽体内における中性子反応率分布を放射化法により測定し、中性子分布に関する経験式の導出を行った。また、カスケードインパクター法によるターゲット周囲のガス中放射能性状測定を行い、エアロゾル粒径の照射時間依存性について導いた。冷却水については、水中に生成するコロイドとそれに含まれる放射能の系統性について測定を行った。
ニュートリノターゲット下流のミュオンダンプにおいては、ミュオン起因生成二次粒子にかかる岩石中における減衰挙動の測定を行い、ミュオンの岩石中における挙動解析にかかる手法の検討を行った。また、エアロゾル、コロイド生成にかかる系統的測定を行った。
Meson Test Beam Facility(MTBF)においては、120GeV陽子入射による中性子及び二次粒子生成にかかる炭素、アルミニウム、銅、タングステンの二重微分断面積を、飛行時間法により測定を行った。併せて、120GeV陽子入射による放射化反応断面積を、化学分離を用いた放射化法により測定し、そのターゲット質量依存性について系統性の検討を解析した。
これらの実験結果を基に、各機関で開発しているPHITS及びMARSの計算システムによる解析を行い、相互に比較し、精度検証及び計算システムの改良を行った。
これらの成果は、J-PARCなど高エネルギー加速器施設における安全評価に直接的に貢献すると共に、宇宙工学における線量評価及び宇宙線照射効果の研究においても影響を及ぼすものである。
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