Dynamic response of mercury subjected to pressure wave

圧力波を受ける水銀の動的挙動

粉川 広行  ; 二川 正敏  ; 石倉 修一

Kogawa, Hiroyuki; Futakawa, Masatoshi; Ishikura, Shuichi

水銀ターゲットには、大強度のパルス陽子ビームが入射し、核破砕反応によって、水銀は瞬時に発熱する。この瞬時発熱によって水銀中に圧力波が発生し、水銀ターゲット容器は圧力波による負荷を受ける。水銀ターゲット容器の構造健全性を評価するために、圧力波の伝播挙動などの水銀の動的挙動を把握することが重要である。水銀の動的挙動を調べるために、ホプキンソン棒法試験装置を用いて、水銀の衝撃実験を実施した。また、有限要素法による数値解析を行い、解析モデルの検証を実施した。数値解析結果は、実験初期の挙動をよく再現できることがわかった。また、本実験範囲では、水銀の体積弾性率が衝撃速度に依存しないことがわかった。

A high power pulsed proton beam will be injected into a mercury target for nuclear spallation reaction. Due to the pulsed proton injection, mercury is heated rapidly and pressure waves are generated. The mercury target vessel, in which mercury is enclosed, is subjected to the pressure waves. Dynamic response of mercury is important to evaluate the integrity of the mercury target vessel. An impact experiments on the mercury by using the split-Hopkinson pressure-bar (SHPB) technique were carried out. Numerical analyses were also carried out to verify the analytical model by using an explicit FEM code. It is found that the analytical results approximately represented the experimental results. And it was recognized that the stiffness of mercury under impact condition was independent of the impact velocity in this experimental range.