水銀ターゲット容器の熱流動設計

Thermal hydraulic design of the mercury target vessel

羽賀 勝洋  ; 涌井 隆  ; 粉川 広行  ; 原田 正英   ; 二川 正敏  ; 林 健一*; 仲村 宏二*

Haga, Katsuhiro; Wakui, Takashi; Kogawa, Hiroyuki; Harada, Masahide; Futakawa, Masatoshi; Hayashi, Kenichi*; Nakamura, Koji*

日本原子力研究開発機構(原子力機構)では、J-PARCプロジェクトの核破砕中性子源として世界最高レベルである1MWビーム出力に対応可能な水銀ターゲットシステムを完成させた。中性子源の中核となる水銀ターゲット容器の流路・構造設計は原子力機構が基本設計を行い、平成15年度から受注メーカーによる詳細設計,部品加工,組立などの製作作業が行われてきた。これら受注メーカーによる製作設計、及び製作の状況を考慮し、熱流動の観点から水銀ターゲット容器の最終的な性能評価を行った。熱流動解析には汎用熱流動解析コードSTAR-CDを用い、容器と流体の核発熱及び伝熱を考慮した三次元熱流動解析を行った。乱流モデルは標準k-モデル、対流項の差分スキームはMARSを基本とするが、異なる組合せについても解析を行い、これらを比較した結果、入り口流速,流体の最高温度,容器の最高温度,流体の圧力損失等、水銀ターゲット容器の基本設計をもとにした要求条件を満足することを確認した。

JAEA has completed the mercury target system as the spallation neutron source of J-PARC project, which has the power of the world highest level of 1MW. The basic design of the flow channel and structure of the mercury target vessel was carried out by JAEA, and the detail design, parts fabrication and assembling has been carried out by the vendor from 2003. Taking these fabrication designs and assembling conditions into consideration, the final performance evaluation of the mercury target vessel was carried out in view of thermal hydraulics. The general thermal hydraulic analyses code, STAR-CD, was used, and the three dimensional thermal hydraulic analyses were carried out taking the nuclear heating and the heat transportation into consideration. As results, it was confirmed that the mercury target vessel fulfills the design requirements such as the fluid inlet velocity, the maximum temperature of fluid, the maximum temperature of the vessel, the pressure drop of fluid, etc.