Numerical analysis for heat transfer from a Cd poison in cryogenic hydrogen

低温水素中のCdポイゾンからの熱流動解析

達本 衡輝; 加藤 崇; 麻生 智一 ; 長谷川 勝一   ; 牛島 勇*; 大都 起一*; 池田 裕二郎

Tatsumoto, Hideki; Kato, Takashi; Aso, Tomokazu; Hasegawa, Shoichi; Ushijima, Isamu*; Otsu, Kiichi*; Ikeda, Yujiro

JSNSでは、パルス幅の短い中性子を得るために、ポイゾン材にCdを採用した。Cdの採用にあたり、ポイゾン材のCdと補強材であるAlとの接合に関する問題があり、その研究開発を行っている。しかしながら、未だ、十分な接合が得られていない。そこで、CdとAlの接合が不十分な場合の低温水素への熱伝達を数値解析コード(STAR-CD)を用いて解析し、Cdの温度上昇を評価した。接合率が5%であっても、Cdの最大温度は75Kまでしか上昇していない。接合が不十分な場合でも、低温水素の強制対流熱伝達でポイゾン板の核発熱を除去できるので、Cdポイゾンは、どんな接合方法でも適用できることがわかった。

In JSNS, Cadmium has been selected as a poison material in a hydrogen moderator to obtain narrow neutron pulse. The concern to adopt to Cd is how to bond Cd and Al alloy plate. R&Ds for bonding have been performed. But good bonding has not been obtained. Consequently, heat transfer between Cd poison and cryogenic hydrogen was studied for the case of insufficient bonding. The heat transfers for various bonding ratios were analyzed by CFD code (STAR-CD) without any turbulence model. The temperature rise in Cd poison for insufficient bonding was estimated. As a result, even the case of the bonding ratio of only 5 %, the maximum temperature of Cd is around 75K. Therefore, the expected heat transfer between the Cd poison and the hydrogen should be sufficient for insufficient bonding. Then, it is found that the any bonding method should be available for manufacturing method of Cd poison.