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IFMIF液体リチウムターゲット背面壁の熱構造解析,2

Thermo-structural analysis of backwall in IFMIF lithium target, 2

千田 輝夫; 井田 瑞穂; 中村 博雄; 佐藤 徹*; 杉本 昌義

Chida, Teruo; Ida, Mizuho; Nakamura, Hiroo; Sato, Toru*; Sugimoto, Masayoshi

本報告は、平成18年度に実施した、国際核融合材料照射施設(IFMIF)液体リチウム(Li)ターゲット背面壁の熱構造解析について取りまとめたものである。IFMIFは、核融合炉材料開発のための、D-Liストリッピング反応による加速器型の高エネルギー中性子照射施設である。背面壁の中心部では、1年あたり50dpaの中性子照射を受け、最大で25W/cm$$^{3}$$の核発熱が発生するため、熱構造設計がターゲット設計の重要課題の一つである。従来のモデルは背面壁のみのモデルであったが、より現実的な構造で解析を行うため、ターゲットアセンブリの一部を含んだモデルを今回適用した。解析を行った背面壁の形状は、背面壁の初期検討形状にアセンブリ本体の一部を追加した基本案,基本案の背面壁厚さを薄く極力均一化した構造変更案1、及び変更案1のリップシール部に応力緩和構造を追加した構造変更案2の3つである。解析検討の結果、構造変更案2で背面壁中心部の熱応力は146MPaでF82Hの許容値(455MPa: 300$$^{circ}$$Cでの降伏応力)以下となり、最大応力発生部は応力緩和構造の内側が286MPaでSUS316Lの許容値(328MPa: 300$$^{circ}$$Cでの3Sm値)以下となった。以上の結果から、ターゲット背面壁の熱構造設計の方向性の見通しを得た。

This report describes results of thermo-structural analysis of a backwall in international fusion material irradiation facilities (IFMIF) lithium target preformed during FY2007. The IFMIF is an accelerator-based intense neutron source for testing candidate materials for fusion reactors. Since the backwall is operating under a severe neutron irradiation of 50 dpa/year and a maximum nuclear heating rate of 25 W/cm$$^{3}$$, thermo-structural design is one of critical issues in a target design. Since previous model included only the backwall, a model including a part of target assembly is applied. In this analysis, three models were calculated. First model is a basic geometry adding a part of the target assembly to the backwall. Second model is a modified geometry which has a thin backwall. In a third model, a lip seal with a stress mitigation structure was applied to the second model. Calculation results showed that, in the third model, a thermal stress at a center of the backwall was 146 MPa below a permissible stress of F82H (455MPa: an yield strength at 300$$^{circ}$$C) and maximum stress was 286 MPa below a permissible stress of SUS316L (328MPa: 3Sm value at 300$$^{circ}$$C). These results showed a prospect of the present backwall configuration.

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