J-PARC水銀ターゲット微少気泡注入装置モックアップ試験,2; モックアップ試験装置と圧力損失特性

Mockup test of the J-PARC mercury target for microbubble injection, 2; Mockup test apparatus and pressure drop characteristics

木下 秀孝   ; 粉川 広行  ; 羽賀 勝洋  ; 直江 崇   ; 井田 真人; 二川 正敏  

Kinoshita, Hidetaka; Kogawa, Hiroyuki; Haga, Katsuhiro; Naoe, Takashi; Ida, Masato; Futakawa, Masatoshi

J-PARC物質・生命科学実験施設の核破砕中性子源は、容器中を流動させた水銀を用いている。パルス状に入射する陽子ビームにより水銀中には発熱密度の高い領域が瞬間的に発生するため、熱膨張により圧力波が生じる。この圧力波が容器壁に当たる際に、キャビテーションを起こして容器に損傷を与え、寿命を著しく短縮してしまうことが懸念されている。これを解決するために、水銀中に気泡を流して圧力波を低減する方法が有効である。必要な気泡サイズやボイド率などは解析的に確認されているが、気泡を有効に注入する方法や流動液中の気泡挙動については知見が少ない。このため、ターゲット容器への気泡注入装置の開発及び気泡の分布測定を行ってきた。本報告では、ターゲット容器を模擬したモックアップ試験装置の概要、及び気泡注入部分での圧力損失を測定した結果について紹介する。

Mercury is used for the spallation neutron source target of the J-PARC Materials and Life Science Experimental Facility (MLF). Pressure is generated by pulsed proton beam because of high heat generation within very short time. Cavitation erosion is occurred at target vessel inner surface by pressure wave. This phenomenon will be shortening the life time of the target vessel. Pressure wave mitigation by microbubble injection will be effective to solve this issue. The bubble size and void fraction are confirmed by numerical analysis for pressure wave mitigation. But the information of effective microbubble injection system and microbubble motion in flowing fluid is not sufficient. Then R&D of microbubble injection system and bubble observation were conducted experimentally. In this report, introduction of the mockup test apparatus simulated actual target and test results of pressure drop at microbubble injection system are presented.