Development on mercury pump for JSNS

核破砕中性子源JSNSの水銀ポンプの開発

粉川 広行  ; 羽賀 勝洋  ; 涌井 隆  ; 二川 正敏  

Kogawa, Hiroyuki; Haga, Katsuhiro; Wakui, Takashi; Futakawa, Masatoshi

核破砕中性子源の水銀循環設備は、水銀ターゲットに水銀を循環供給し、1MWのパルス陽子ビーム入射によるターゲットでの発熱を除去する。また、各機器は、放射化した水銀を完全に閉じ込める機器とする必要があるため、シール部がない電磁ポンプを採用することとした。しかしながら、電磁ポンプは大型になることから、電磁ポンプの小型化を目的として開発を行った。円筒形の水銀流路の中央に永久磁石を設置し、それを回転させて発生する電磁力によって水銀を駆動する方式とし、磁石回転のためのモーターを熱除去の観点から90kWに制限し、縦置きとすることによって、水銀循環設備に設置可能な大きさとした。また、ポンプの特性に影響する流路形状の最適化を行った。すなわち、電磁ポンプの課題である熱損失を低減するために流路壁を薄肉とする一方で、運転圧力に対して十分な強度を確保できる構造とするとともに、磁場強度分布のために流路中に発生する逆流を抑制できる流路幅を決定した。製作した電磁ポンプを水銀循環設備に設置し、ターゲットの冷却に十分な流量(41m/h)を実現できることを確認した。

Mercury circulation system provides mercury into a mercury target for the Japan neutron spallation source (JSNS). A mercury pump in the system circulates mercury to remove heat generated in the mercury target by 1 MW proton beam injection. For stable operation of the system, leak of the activated mercury must be avoided. The induction pump is seal-less however it generally becomes large to get high performance. Furthermore, heat loss in the duct wall occurs and it becomes a heat load to the system. Therefore, a permanent magnet rotating type induction pump (PM pump) was developed. In this pump, the mercury duct was made in circular shape and rotating permanent magnets were installed in the center of the duct to apply the Lorentz force, and a motor to rotate the magnets was vertically set on the top of the pump to make the PM pump compact. And the motor power was limited up to 90 kW to avoid overheat due to heat loss in the pump. The duct size and the thickness of the duct wall were optimized to be able to circulate mercury by 90 kW-motor. Consequently, the PM pump could be set in the mercury circulation system and provided the sufficient mercury to the mercury target.