水銀液滴の衝撃挙動

Impact behavior of mercury droplet

伊達 秀文*; 二川 正敏  ; 石倉 修一*

Date, Hidefumi*; Futakawa, Masatoshi; Ishikura, Shuichi*

核破砕中性子源として液体水銀の適用が計画されている。陽子入射時に生じる瞬時発熱により、液体水銀には圧力波が生じることから、ターゲット容器の健全性確保には液体水銀の動的特性に基づく固/液体連成挙動の評価が重要である。液体水銀と固体金属との衝突現象について、水銀液滴と固体壁面との衝突現象を高速度カメラで捕らえると共に、衝撃弾性棒を用いた衝撃力の計測を行った。衝突時の水銀液滴の変形は、衝撃速度と衝突壁面粗さに依存した挙動を示した。また、衝撃パルスの持続時間を衝撃体の音速と形状係数で無次元化した衝撃持続時間は、衝突速度及び液滴サイズに依存せず一定値を示すことを実験的に確認した。この関係から水銀液滴衝撃により降伏応力を越える臨界衝撃速度は、316ssの場合約5m/sと見積もられた。この値は水の場合の約1/20であり、液体水銀ターゲット容器が衝撃壊食損傷を受ける可能性を示唆した。

In order to examine the impact behavior of mercury, which is one of important key-issues in a facility for high intensity neutron sources, the falling and colliding profiles of mercury droplets were recorded by high-speed video recorder. The impact force was also measured using the strain gage glued on an elastic bar. The falling mercury droplet oscillated between a prolate spheroid and an oblate one, repeatedly. The regathering and jumping of mercury at the collision point on the impact face of the target were observed after impact because of the strong surface tension of mercury. The impact force of mercury droplet was in proportion to the impact velocities and the square root of the potential energy. Scince the non-dimensional duration time K that obtained experimentally is independent of the impact velocity and the size of the droplet, the mean applied stress due to the mercury droplet against the target is easily predictable by the equatiion using K value and the impact velocity is known.