Thermo-structural analysis and design consideration of the replaceable backwall in IFMIF liquid lithium target

IFMIFの液体リチウムターゲットの交換可能型背面壁の熱構造解析及び設計検討

中村 博雄; 井田 瑞穂; 千田 輝夫; 芝 清之; 清水 克介*; 杉本 昌義

Nakamura, Hiroo; Ida, Mizuho; Chida, Teruo; Shiba, Kiyoyuki; Shimizu, Katsusuke*; Sugimoto, Masayoshi

IFMIFは核融合炉の候補材料の照射のための加速器型強力中性子源である。中性子は、液体リチウム中で発生し、背面壁を通して放出される。背面壁は、ステンレス鋼316又は低放射化フェライト鋼F82Hであり、YAGレーザーによりリップシールを用いて、ターゲットアセンブリに取付けられる。背面壁は、中性子損傷率が年間あたり50dpa、核発熱が1立方cmあたり最大25Wという、厳しい条件下で使用され、熱構造設計が重要課題の一つである。熱応力は、ABAQUSコードで評価した。許容応力値は、300Cの耐力値を用いた。ステンレス鋼の場合、最大熱応力は、許容値の164MPaを超えていたが、F82Hの場合は、許容値の455MPa以下であった。この結果から、背面壁材としてF82Hが推奨される。

The IFMIF is an accelerator-based intense neutron source for testing candidate materials of fusion reactor. Intense neutrons are emitted inside the Li flow through a backwall. The backwall made of 316L stainless steel or RAFM is attached to the target assembly with a lip seal welded by YAG laser. Since the backwall is operating under a severe neutron irradiation of 50 dpa/year and a maximum nuclear heating rate of 25 W/cm, thermo-structural design is one of critical issues in a target design. Thermal stress was calculated by ABAQUS code. As a permissible stress, yield strength at 300C was used. In a case of the 316 stainless steel backwall, a maximum thermal stress was more than the permissible stress(164MPa). On the other hand, in case of the F82H backwall, a maximum thermal stress is was below the permissible stress(455MPa). Therefore, F82H is recommended as a backwall material.