Thermo-structural analysis of integrated back plate in IFMIF/EVEDA liquid lithium target

IFMIF/EVEDA液体リチウムターゲット一体型背面壁の熱構造解析

渡辺 一慶; 井田 瑞穂; 近藤 浩夫; 中村 和幸 ; 若井 栄一  

Watanabe, Kazuyoshi; Ida, Mizuho; Kondo, Hiroo; Nakamura, Kazuyuki; Wakai, Eiichi

本研究は幅広いアプローチ(BA)協定の下、実施中の国際核融合材料照射施設(IFMIF)の工学実証工学設計活動(EVEDA)における液体リチウムターゲット背面壁の熱構造解析に関するものである。IFMIF実機ターゲット背面壁はF82H等の低放射化フェライト鋼を材料とし、形状については日本提案の流路一体型と欧州提案のスライド交換式バイオネットの2案が検討されている。本解析では一体型オプションのターゲットアセンブリをモデル化し、IFMIF定格運転を模擬した核発熱分布を与え、アセンブリ外壁面の一部に断熱材を設定した。計算パラメータはビームダクトとの機械的接合部の熱的境界条件とし、フランジ面の境界温度及び接触熱伝達率を変化させた。計算結果を比較すると背面壁内の温度分布の相違は小さく、熱応力に対するパラメータの影響は小さいことがわかった。最大応力はリチウム流路でもある背面壁中央部で発生しており、その値は204-218MPaで300CでのF82H降伏強度455MPaの1/2以下となることが確認できた。また、最大変位(約0.3mm)も同位置で発生しており、変位量はリチウム流動安定性解析の重要な入力パラメータとなる。

The Engineering Validation and Engineering Design Activities (EVEDA) of the International Fusion Materials Irradiation Facility (IFMIF) are in progress under the Broader Approach (BA) Agreement. As a part of this engineering design, we carried out thermo-structural analysis of the back plate in the IFMIF target. In this analysis, the target assembly of the integrated back plate option was modeled with the nuclear heating to simulate the IFMIF usual operation. The calculation parameters were thermal boundary conditions of a mechanical joint between the target assembly and the beam duct. The calculation results showed the influence of parameters on thermal stress was small. The maximum von Mises stresses occurred at the back plate center and those values, 204 - 218 MPa were lower than half of the yield strength of F82H (455 MPa). The maximum thermal deformations occurred at the same place and those values, about 0.3 mm will be important input parameter for the Li flow stability analysis.