核破砕中性子源水銀標的の耐久性向上に向けた研究開発,1; ガス気泡の損傷抑制効果のメカニズムと損傷観察結果

R&D on mercury target for spallation neutron source to improve the durability under high power operation, 1; Mechanism of damage mitigation effects by gas bubbles and damage observation results

粉川 広行  ; 川島 広之; 有吉 玄  ; 涌井 隆  ; 猿田 晃一   ; 直江 崇   ; 羽賀 勝洋  ; 二川 正敏  ; 祖山 均*; 久慈 千栄子*; 伊藤 啓*; 田中 伸厚*

Kogawa, Hiroyuki; Kawashima, Hiroyuki; Ariyoshi, Gen; Wakui, Takashi; Saruta, Koichi; Naoe, Takashi; Haga, Katsuhiro; Futakawa, Masatoshi; Soyama, Hitoshi*; Kuji, Chieko*; Ito, Kei*; Tanaka, Nobuatsu*

J-PARCの核破砕中性子源施設では、使用済み水銀標的容器の保管数削減の観点から、容器の耐久性向上が求められている。容器の長寿命化のために、水銀中にヘリウムガスの微小気泡を注入して、ガス気泡が陽子ビーム入射による水銀の熱膨張を吸収することで、損傷の要因となる圧力波を低減する運転を実施している。容器の損傷を観察した結果、ガス気泡の注入量増加によって損傷の抑制を確認した一方で、ガス気泡からの衝撃圧によるものと考えられる損傷を観察した。耐久性を向上するためには、微小ガス気泡によるキャビテーション抑制効果とガス気泡が発する衝撃圧力の相関を把握して最適な気泡条件を見出すとともに、照射損傷に対する材料の健全性評価及び異常診断技術の導入が重要となる。本報では、シリーズ発表の第1報として、高出力条件下での長寿命化を目指した水銀標的の研究開発の概要とガス気泡の攻撃によると考えられる損傷結果について報告する。

In a mercury target system of the J-PARC, an operation injecting microbubbles of helium gas into mercury is carried out to reduce the pressure waves that cause cavitation damage. It was confirmed the damage was mitigated by increasing the injection amount of gas bubbles, while the damage considered to be caused by impact pressure from the gas bubbles was observed. To improve durability, it is necessary to find the optimum bubble condition, and those are also important to evaluate the radiation damage of the vessel material and to develop a diagnosis technology. In this report, as the first report of the series, the outline of the development to improve the durability will be reported with the damage observation results.