Pitting damage formation up to over 10 million cycles; Off-line test by MIMTM

1千万回を超える繰り返し衝撃負荷によるピッティング損傷の形成挙動; MIMTMによるオフライン実験

二川 正敏  ; 直江 崇   ; 粉川 広行  ; Tsai, C.-C.*; 池田 裕二郎

Futakawa, Masatoshi; Naoe, Takashi; Kogawa, Hiroyuki; Tsai, C.-C.*; Ikeda, Yujiro

MW-クラスの核破砕中性子源の開発が世界的に行われており、冷却材とターゲット材を兼ねた液体水銀の利用が提案・開発されている。水銀ターゲットには陽子ビーム入射時に瞬時熱膨張に起因する圧力波が発生する。その伝播過程で水銀/容器壁界面近傍にキャビテーションが生じ、容器壁面にピッティング損傷が形成される。容器構造健全性の観点から、ピッティング損傷の形成挙動を評価することが肝要である。そこで、圧力波を水銀中に与えるために、電磁力を応用した衝撃試験機(MIMTM: Magnetic IMpact Testing Machine)を新たに開発し、1千万回を超える負荷回数領域の損傷形成挙動を調べた。その結果、損傷形成挙動がマイクロピット塑性変形支配領域である潜伏期と質量減少が顕著となる安定期に大別でき、安定期の質量減少を予測しうる実験式を導出した。

A liquid-mercury target system for the MW-scale target is being developed in the world. The pitting damage induced by pressure wave propagation gets to be one of critical issues to estimate the life of the target structure with mercury and to evaluate its structural integrity. The off-line test on the pitting damage at high cycles over 10 millions was carried out using a novel device, the MIMTM which drives electromagnetically to impose pulse pressure into the mercury. It was found that from the pitting damage data obtained by the MIMTM that the pitting damage can be characterized in two steps, an incubation period that can extend to more than 106 cycles in 316SS and 107 cycles in surface hardening treated one and steady state erosion where mass loss scales with the number of cycles to approximately the 1.27 power for mercury. The length of the incubation period is primarily a function of the material and the intensity of the pressure. This observation provides a simple model for estimating lifetime for different materials and beam power.