Conceptual design study of beam window for accelerator-driven system

加速器駆動未臨界システムのビーム窓の概念設計研究

菅原 隆徳  ; 西原 健司  ; 大林 寛生  ; 倉田 有司; 大井川 宏之 

Sugawara, Takanori; Nishihara, Kenji; Obayashi, Hironari; Kurata, Yuji; Oigawa, Hiroyuki

加速器駆動未臨界システム(ADS)の研究開発において、核破砕ターゲット領域におけるビーム窓の概念設計研究は最も重要な課題の一つである。本研究では、陽子ビームプロファイルをこれまでのガウス分布から放物線分布及びフラット分布に変えることによって、より実現性の高い概念を提示することを試みた。具体的には、陽子・中性子輸送計算,液体鉛ビスマスターゲット領域の熱流動解析,ビーム窓の構造解析の各解析を詳細に行った。その結果、ガウス分布から放物線及びフラット分布に変えることで、これまで問題となっていたビーム窓先端部の熱負荷の削減を達成した。これにより、放物線分布の場合、座屈に対する耐性(座屈圧力)が約20%向上した。一方、フラット分布の場合、ビーム窓先端部の代わりにビーム窓周辺部での熱負荷が増加し、座屈圧力はほとんど向上しない結果となった。これらの結果から、現在のADS設計条件においては、本論文で提示した放物線分布が最もよい概念といえる。

The conceptual design study for the beam window of the spallation target is one of the critical issues in the R&D of the accelerator driven system (ADS). In this study, the investigation to create a feasible concept of the beam window for the ADS was performed by changing the proton beam profile from the gaussian distribution to the parabolic and the flat distributions. The detailed analyses were performed by considering the particle transport of protons and neutrons in the spallation target region, the thermal hydraulics of lead bismuth eutectic (LBE) around the beam window and the structural strength of the beam window. The calculation results presented the concept with the parabolic distribution would be the most feasible concept in the current ADS design condition.