Off-line tests on pitting damage in mercury target

水銀ターゲットのピッティング損傷に関するOFF-LINE実験

二川 正敏  ; 粉川 広行  ; Tsai, C.-C.*; 石倉 修一*; 池田 裕二郎

Futakawa, Masatoshi; Kogawa, Hiroyuki; Tsai, C.-C.*; Ishikura, Shuichi*; Ikeda, Yujiro

世界的にMWクラスの核破砕中性子源ターゲットの開発が行われている。陽子ビーム入射時に核破砕に伴う瞬時発熱により水銀中に圧力波が発生する。圧力波の伝播過程で構造/液体水銀界面で負圧が生じ、キャビテーションの発生・崩壊によるピッチング損傷が容器構造体内壁に形成されると考えられる。ピッチング損傷はターゲット容器の寿命支配因子となることから、その発生条件,損傷形態,程度を評価し、設計に反映することが必要である。そこで、ピッチング損傷に関する2種類のOFF-LINE実験;ホプキンソン棒衝撃負荷実験(SHPB),電磁力衝撃負荷実験(MIMTM)、を実施した。1000万回に及ぶ衝撃負荷後の損傷形態に関するデータをMIMTMにより取得した。さらに、古典的音響振動法により得られた平均壊食深さの結果と比較した。その結果、壊食挙動は、一定の質量減少率を示す定常状態と定常状態に至るまでの潜伏期に大別でき、定常状態における質量減少は規格化統一線図により整理され、潜伏期間は材料特性,負荷圧力の大きさにより決定されることを明らかにした。

A liquid-mercury target system for the MW-scale target is being developed in the world. The moment the proton beams bombard the target, stress waves will be imposed on the beam window and pressure waves will be generated in the mercury by the thermally shocked heat deposition. Provided that the negative pressure generates through its propagation in the mercury target and causes cavitation in the mercury, there is the possibility for the cavitation bubbles collapse to form pits on the interface between the mercury and the target vessel wall. In order to estimate the cavitation erosion damage due to pitting, two types of off-line tests were performed: Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB), and Magnetic IMpact Testing Machine (MIMTM). The data on the pitting damage at the high cycle impacts up to 10 million were given by the MIMTM. As a result, it is confirmed that the mean depth erosion is predictable using a homologous line in the steady state with mass loss independently of testing machines and the incubation period is very dependent on materials and imposed pressures.