Investigation of beam window buckling with consideration of irradiation effects for conceptual ADS design

ADS概念設計における照射効果を考慮したビーム窓座屈の検討

菅原 隆徳  ; 菊地 賢司; 西原 健司  ; 大井川 宏之 

Sugawara, Takanori; Kikuchi, Kenji; Nishihara, Kenji; Oigawa, Hiroyuki

加速器駆動未臨界システム(ADS)の成立性にかかわる課題の1つであるビーム窓の健全性確保について、有限要素法による構造解析を行い、成立性の高い設計概念の検討を行った。これまでの研究から、座屈防止が最も重要であることが確認されていたので、座屈防止を図るため、ビーム窓の板厚について、有限要素法コードによるパラメトリックサーベイを行い、ビーム窓形状の最適化を行った。解析の結果、先端部の板厚を2.0-2.4[mm]とし、遷移部の板厚を2.0-4.0[mm]の範囲とする長円型の概念が、現在のADS設計概念に対して最も成立性が高いことがわかった。一方、この評価は非照射環境での評価であり、照射の影響を考慮していない。本検討では、SINQターゲット照射プログラム(STIP)で得られた最新の知見に基づき、照射の影響を考慮した座屈解析も併せて行った。解析の結果、照射による材料の硬化により座屈圧力が上昇するものの、延性脆性遷移温度の上昇による脆化の影響が、ビーム窓の寿命に影響することがわかった。

The investigation of the beam window which is a key component in the conceptual design of Accelerator Driven System (ADS) has been performed. In the past study, it was found that the buckling failure was the most severe failure mode for the beam window from the simplified assessment. Detail structural analyses were explored to find a solution for avoiding instantaneous buckling. The results showed that the ellipse shape concepts with the thickness of 2.0-2.4[mm] at the top and the thickness of 2.0-4.0[mm] at the transient part were acceptable under the current ADS design parameters. These investigations, however, did not consider the irradiation effect by neutrons and protons. In this study, investigations based on the latest knowledge for the irradiation effect such as the data obtained in SINQ target irradiation program (STIP) are presented.