J-PARC中性子源用低温水素システムの動的特性

Dynamic characteristics of the cryogenic hydrogen system for a spallation neutron source at J-PARC

達本 衡輝; 麻生 智一 ; 加藤 崇; 大都 起一

Tatsumoto, Hideki; Aso, Tomokazu; Kato, Takashi; Otsu, Kiichi

J-PARC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。低温水素システムでは、ビーム入射,停止時におけるkWオーダーの過渡的な熱負荷変動による圧力変動が与えられるため、アキュムレータによる容積制御とヒータによる熱補償制御を組合せた圧力制御機構を開発した。120kW、及び、300kW陽子ビームを25Hzで入射したときの動的な圧力変動試験を実施し、開発した圧力制御機構の有用性が明らかになった。また、この圧力変動を模擬する数値解析コードを開発し、実験結果を10%以内で表すことができ、1MW時における圧力変動は34kPaと見積れた。この値は設計許容値を十分下回ることが明らかになった。

To mitigate pressure fluctuation caused by the load, a pressure control system is a necessary requirement. Accordingly, a control system was designed and installed, using a heater and an accumulator. Changes in pressure caused by operation of a 120-kW and a 302-kW proton beam were studied. It was confirmed that the pressure control system was effective in mitigating the pressure fluctuation caused by the load. A simulation code was also developed and the pressure rise behavior and the accumulator variation were studied. The simulation results indicated good agreement with the experimental data within 10%. The pressure fluctuation for a 1-MW proton beam was predicted to be 33.9 kPa, which is lower than the allowable pressure rise of 0.1 MPa, and produced an accumulator variation of 11.35 mm. We believe that the pressure control system is effective for use with the operation of a 1-MW proton beam.