核破砕水銀ターゲットの熱衝撃解析

Thermal shock analysis of liquid-mercury spallation target

石倉 修一*; 粉川 広行  ; 二川 正敏  ; 日野 竜太郎; 伊達 秀文*

Ishikura, Shuichi*; Kogawa, Hiroyuki; Futakawa, Masatoshi; Hino, Ryutaro; Date, Hidefumi*

中性子散乱施設用液体金属(水銀)ターゲットの開発における工学的課題を明らかにするために、3GeV/1MWのパルス状陽子ビームがクロスフロー型液体金属ターゲットに入射するときの動的熱衝撃解析を行った。解析モデルは、実機構造を模擬した半円筒ウィンドウ型と平板ウィンドウ型の2種類の構造を対象とし、NMTC/JAMによる核破砕発熱計算結果を基に、衝撃解析コードLS-DYNAを用いて解析した。その結果、動的熱衝撃により発生する応力は、最も厳しい環境にあるウィンドウ中心部で、半円筒型よりも平板型の方が構造設計上有利であり、応力分類として2次応力的な性質を持つことがわかった。また、ターゲット主要部に発生する応力は曲げ応力,疲労強度ともにJISの基準を満足していることがわかった。

The developments of the neutron scattering facilities are carried out under the high-intensity proton accelerator project promoted by JAERI and KEK. To estimate the structural integrity of the heavy liquid-metal (Hg) target used as a spallation neutron source in a MW-class neutron scattering facility, dynamic stress behavior due to the incident of a 1MW-pulsed proton beam were analyzed by using FEM code. Two-type target containers with semi-cylindrical type and flat-plate type window were used as models for analyses. As a result, it is confirmed that the stress (pressure wave) generated by dynamic thermal shock becomes the largest at the center of window, and the flat-plate type window is more advantageous from the structural viewpoint than the semi-cylindrical type window. It has been understood that the stress generated in the window by the pressure wave can be treated as the secondary stress.