水銀ターゲット容器の構造強度設計

Structural design on mercury target vessel

涌井 隆  ; 粉川 広行  ; 羽賀 勝洋  ; 二川 正敏  ; 内山 尚義*; 仲村 宏二*

Wakui, Takashi; Kogawa, Hiroyuki; Haga, Katsuhiro; Futakawa, Masatoshi; Uchiyama, Naoyoshi*; Nakamura, Koji*

J-PARCの中核施設である物質・生命科学実験施設の建設が終了した。核破砕中性子源となる水銀ターゲット容器については、平成15年度より受注メーカーによる詳細設計,製作及び工場・現地試験検査が実施された。水銀ターゲット容器は、水銀容器破損時の外部への水銀漏洩防止及び陽子ビーム入射に伴う保護容器の温度上昇抑制のため、3重壁構造となっている。水銀容器及び保護容器にはそれぞれ水銀及び重水が循環され、容器間にはヘリウムガスが充填されている。各媒体の設計圧力は0.5MPaGである。また、陽子ビーム入射に伴い水銀ターゲット容器及び水銀は瞬時に発熱し、水銀容器に熱衝撃が発生するとともに水銀の体積膨張による水銀容器の変形が生じる。したがって、水銀ターゲット容器は、内圧や自重などの静的荷重だけでなく、動的荷重が繰り返し負荷される。そこで、水銀ターゲット容器に負荷される条件をもとに、数値解析による構造強度評価を実施した。

The mercury target vessel installed in J-PARC consists of the mercury vessel and the safety hull, which corves the mercury vessel, to prevent the leak of mercury to outside at the failure of the mercury vessel. The safety hull is a double-walled structure to make the cooling channel of heavy water. The helium gas in a space between the mercury vessel and the safety hull can prevent the inflow of mercury into heavy water at the failure of the mercury vessel. The design pressure of each medium is 0.5 MPaG. The temperature of the mercury target vessel and mercury rises at a moment of the proton beam injection and then the thermal shock and the deformation of the mercury vessel occur. The mercury target vessel is imposed by not only static load due to the inner pressure and dead weight but also repeated dynamic load. Based on loading conditions, the structural integrity of the mercury target vessel was evaluated using numerical analyses. The results were described as following.