加速器駆動核変換システムの技術開発におけるビーム窓熱流動試験

Thermal-hydraulic experiment on beam window for developing the accelerator-driven transmutation system

林 健一*; 小野 幹訓*; 菊地 賢司; 徳永 典也*; 北野 照明*; 大井川 宏之 

Hayashi, Kenichi*; Ono, Mikinori*; Kikuchi, Kenji; Tokunaga, Noriya*; Kitano, Teruaki*; Oigawa, Hiroyuki

加速器駆動核変換システムは、マイナーアクチニドと長寿命核分裂生成物を安定核又は短寿命核に変換することを狙っている。このシステムにおけるビーム窓は、加速器と原子炉との境界要素であり、鉛ビスマス流動条件下での熱伝達特性の評価が重要である。そこで、ビーム窓周りの熱流動実験を行った。一つは水を使った流動実験で、粒子法による速度場測定を行った。もう一つは鉛ビスマスを使った熱流動実験である。得られた結果より、ビーム窓周りの熱伝達特性を表す実験式を導出した。数値計算によるシミュレーションを行い、モデリングにより平均熱伝達特性を表すことが可能となった。しかし、局所熱伝達特性は、空間的時間的に不安定で、特に流れの停滞域では変動が見られ、数値計算による再現は今後の課題である。

Accelerator driven nuclear transmutation system aims at transmuting minor actinides and long-lived fission products to stable or short-lived nuclei. A design study of proton beam window, which is an interface component between accelerator and nuclear reactor. Thermal-hydraulic experiment of the beam window was done. Two experiments were conducted: one was particle image velocimetry measurement around the beam window in flowing water and the other was temperature measurement at the beam window under flowing lead bismuth. Numerical simulation was also done to validate the beam window model for design work. Results show that heat transfer characteristics of the beam widow averaged in space and with time under flowing lead bismuth was formulized by the experimental equation. Numerical simulation model can estimate the mean heat transfer coefficient. However, a local heat transfer coefficient was not stable: it fluctuates with time and even in space, especially around stagnation point.