Water flow experiments and analyses on the cross-flow type mercury target with perforated plates

多孔板を用いたクロスフロー型水銀ターゲットの水流動実験及び解析

羽賀 勝洋  ; 木下 秀孝   ; 神永 雅紀  ; 日野 竜太郎; 田川 久人*; 久木田 豊*

Haga, Katsuhiro; Kinoshita, Hidetaka; Kaminaga, Masanori; Hino, Ryutaro; Tagawa, Hisato*; Kukita, Yutaka*

大強度陽子加速器計画で建設される物質・生命科学実験施設の核破砕ターゲットとして、陽子ビームの入射方向に対して直交する方向に水銀が流れるクロスフロー型ターゲット構造を検討してきた。本報告では合理化設計の一環として、内部構造をより簡素化し、製作性の向上と製作コストの低減を目指した多孔板を用いる方式について、その有効性を非加熱の水流動実験及び解析により検討した。多孔板を有するクロスフロー型水銀ターゲットの実規模アクリルモデルを製作し、PIV(Particle Image Velocimetry)法を用いてモデル内の水流速分布を測定するとともに、流動解析を行い実験値と比較した。その結果、多孔板によりクロスフロー型の流れが実現できること、また、解析モデルは冷却に特に重要となる陽子ビーム照射領域での流れパターンを良く再現できることがわかった。

The cross-flow type mercury target, in which mercury flows crossing the proton beam path, has been developed as the spallation target of the material and life science facility in the high intensity proton accelerator project. As a part of design optimization, we proposed a mercury target using perforated plates aiming to simplify the inner structure, to make the target assembling easier, and to decrease the assembling cost. Then, the effectiveness of the target structure was investigated by no-heat water experiments and computational analyses. A mockup model of the cross-flow type mercury target using perforated plates was fabricated with plexi-glass and the water flow field was measured using PIV technique and the results were compared with the analytical results. The cross-flow field was realized by perforated plates and the analytical results corresponded well with the experimental results in the proton beam path where the cooling of heat generation is important.