R&D on pressure-wave mitigation technology for pulsed high-power mercury targets; Bubble flow simulations

高出力パルス水銀ターゲットの圧力波抑制技術に関するR&D

羽賀 勝洋  ; 二川 正敏  ; 粉川 広行  ; 涌井 隆  ; 直江 崇   ; 山崎 将伍*; 田中 伸厚*

Haga, Katsuhiro; Futakawa, Masatoshi; Kogawa, Hiroyuki; Wakui, Takashi; Naoe, Takashi; Yamazaki, Shogo*; Tanaka, Nobuatsu*

水銀ターゲットでは、高出力の陽子ビームに照射されて生じる瞬間的な熱ショックにより圧力波が引き起こされ、これによって生ずる壁面のキャビテーション損傷が重要な問題となっている。JSNSでは圧力波を抑制する技術のR&Dを進めており、中でも水銀中に微小気泡を注入する手法は有望な技術の一つである。本研究では微小気泡の直径や注入箇所をパラメータとして、水銀ターゲット中での気泡分布への影響を解析により調べた。また、小型水銀ループと衝撃試験装置であるMIMTMを組合せることで、微小気泡のキャビテーション損傷への影響を調べるとともに、気泡力学の観点から解析的に評価した。その結果、微小気泡の注入は圧力波の抑制とキャビテーション損傷の軽減に有効な手段であることがわかった。

Pressure wave, which is caused by the thermal shock in mercury at the moment the high intense proton beams bombard mercury, is a crucial issue to realize a pulsed high-power mercury target for spallation neutron sources. R&D on pressure wave mitigation technologies is carried out in JSNS. Micro-bubbles injection into mercury is one of prospective technologies to mitigate the pressure waves. The CFD simulation was carried out to investigate the injected bubble distribution in our mercury target that is influenced by bubble size and bubbling location. Also, the micro-bubbles effect was experimentally investigated from the viewpoint of pitting damage in the mercury loop with MIMTM (electro-Magnetic IMpact Testing Machine) and examined numerically from the viewpoint of bubble dynamics. As results, we confirmed that the micro-bubble is very effective to reduce the pressure response and pitting damage.