Localized-impact damage caused by proton bombarding in mercury target

水銀ターゲットにおける陽子ビーム入射による局所衝撃損傷

二川 正敏  ; 粉川 広行  ; 石倉 修一*; 工藤 久明*; 祖山 均*

Futakawa, Masatoshi; Kogawa, Hiroyuki; Ishikura, Shuichi*; Kudo, Hisaaki*; Soyama, Hitoshi*

高出力核破砕中性子源として開発が進められている液体水銀ターゲットには、陽子線入射時に生じる圧力波の伝播過程でキャビテーションが発生する。キャビテーションが壁面近傍で発生すれば、容器壁面はマイクロ衝撃による壊食損傷を受ける。損傷低減には、容器壁面の表面硬化処理が期待される。そこで、SHPB衝撃負荷装置により、ターゲット内で生じると予測される圧縮波相当を水銀中に入射し、CrN,TiN被覆処理材及び浸炭処理Kol材について損傷評価実験を行った。その結果、損傷の程度は、局所衝撃荷重に対応した硬度と良い相関を示した。

A liquid-mercury target system for the MW-scale target is being developed in the world. The moment the proton beams bombard the target, 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, Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) tests impact tests were performed to impose the impact pressure to the interface between mercury and solid metals. In particular, the surface hardening treated samples: Kolsterising, some coatings are investigated. As results, it is confirmed that the pitting damage is suppressed by surface hardening treatments and relative hardness appeared to be a good correlating parameter on impact erosion resistance.