高出力パルス核破砕中性子源におけるキャビテーション

Cavitation in high-power pulsed spallation neutron sources

二川 正敏  ; 田中 伸厚*

Futakawa, Masatoshi; Tanaka, Nobuatsu*

高出力核破砕パルス中性子源水銀ターゲットの開発の現状について解説した。まず、高出力化の課題を概観する。ここでは、陽子線入射により生じる圧力波が水銀中にキャビテーションを発生させること、それにより容器壁面に付加される損傷について定量的に評価した結果を示している。次に、その抑制技術として、容器材料側及び水銀側からのアプローチについて紹介する。材料側ではプラズマ炭化と窒化処理技術の開発について、水銀側では圧力波低減技術として流動水銀中への気泡注入技術、また水銀流れの効果について述べている。これらの成果に基づき、実機に装着すべく機器設計を精力的に行っている。

High-power pulsed spallation neutron sources are being developed in the world. A mercury target is installed at MLF (Materials and Life science experimental Facility) in J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex), which will promote innovative science. At the moment the proton beams bombard the mercury target, pressure waves will be generated in mercury by thermally shocked heat deposition. Cavitation will be induced through the pressure wave propagation in mercury and eroded the vessel inner surface contacting with mercury, i.e. pitting damage. The eroded vessel wall is damaged by cyclic fatigue because pulsed proton beams strike the target repeatedly. In the paper, the effects of pitting damage, cyclic fatigue damage and mercury environment on the lifetime of the mercury target, and mitigation techniques for pressure waves and cavitation damage are described.