次世代ニュートリノ振動実験のための標的開発

K2K実験の成功を踏まえ、次世代の長基線実験としてJHFニュートリノ振動実験が、 東海村に建設中の大強度陽子加速器施設で計画されています。 この実験施設からは、K2K (つくば→神岡) の100倍以上の強度の ニュートリノビームを、東海村から 295 km 離れた神岡にある 検出器スーパーカミオカンデに向けて発射する予定です。 この世界最強のニュートリノビームを製造する源が、 開発中のこのグラファイト標的です。 加速器では陽子を 50 GeV まで加速し、直径 3 cm、長さ 90 cm のグラファイト標的に照射します。 この標的から出る沢山の反応生成粒子の中から 特に＋の電荷を持つπ中間子を選択的に磁気ホーンで収束させ、 神岡の方向に向きを揃えます。 更にそこから 150 m ある崩壊パイプ中でπ中間子を崩壊させ、 ミューオンニュートリノビームをスーパーカミオカンデに飛ばします。

大強度のニュートリノビームを得るために、 この標的には非常に強度の大きい陽子ビームが入射します。 反応粒子も大量に発生しますが、同時に短時間 (約5μ秒間) に非常に大きな熱 (約 60 kJ) も生じます。 写真は、いかにこの熱を冷却水流で除熱出来るかをテストしている様子です。 発熱源として、グラファイトに 3000 A の大電流を通電し、 標的自身のジュール熱を利用しています。