Pressure fluctuation behavior in the cryogenic hydrogen system caused by a 100 kW proton beam injection

100kWビーム入射時における低温水素システムの圧力変動挙動

達本 衡輝; 麻生 智一 ; 大都 起一; 上原 聡明; 櫻山 久志; 川上 善彦; 加藤 崇; 長谷川 勝一   ; 二川 正敏  

Tatsumoto, Hideki; Aso, Tomokazu; Otsu, Kiichi; Uehara, Toshiaki; Sakurayama, Hisashi; Kawakami, Yoshihiko; Kato, Takashi; Hasegawa, Shoichi; Futakawa, Masatoshi

J-PARCの核破砕中性子源ではMW級の陽子ビームによる核破砕反応によって発生した高速中性子を超臨界圧水素を用いて冷中性子に減速しビームを供給する。陽子ビーム1MW時において、水素モデレータ容器内で発生する核発熱は約3.8kWであり、この大きな熱負荷を除去するために、大流量の超臨界圧水素を安定に強制循環させる低温システムを製作した。陽子ビームの入射・停止時において大きな圧力変動が与えられるため、ヒータによる熱補償と容積制御のアキュムレータを併用した圧力制御システムを開発した。昨年の12月に109kWの陽子ビーム25Hzで入射したときの低温水素システムの圧力変動試験を実施し、ビーム入射・停止時における圧力変動を5kPaに抑制することに成功した。本試験において、開発した圧力制御システムの有用性を確認することができた。

A cryogenic hydrogen system provides the supercritical hydrogen to the moderators and removes the nuclear heating at the moderators, which is estimated to 3.8 kW for a proton beam power of 1 MW. In order to mitigate pressure fluctuation caused by suddenly turning a proton beam on and off, we should design a pressure control system, which is composed of a heater as an active controller for thermal compensation and an accumulator as a passive volume controller. In December 2007, a 109 kW proton beam was injected to the JSNS. The pressure fluctuation behaviors have been studied for the 109 kW proton beam operation. As soon as the proton beam is injected, the accumulator starts to spontaneously constrict. The heater control can succeed in maintaining a constant heat load applied to the cryogenic hydrogen system. The pressure control system can reduce the pressure fluctuation below 5 kPa. We have confirmed that the pressure control system should be effective.