Engineering design of contact-type liquid level sensor for measuring thickness validation of liquid lithium jet in IFMIF/EVEDA lithium test loop

IFMIF/EVEDAリチウム試験ループにおける液体リチウム噴流の厚み変動計測に用いる接触式液位計の工学設計

金村 卓治; 近藤 浩夫; 鈴木 幸子*; 帆足 英二*; 山岡 信夫*; 堀池 寛*; 古川 智弘  ; 井田 瑞穂; 中村 和幸 ; 松下 出*; 若井 栄一  

Kanemura, Takuji; Kondo, Hiroo; Suzuki, Sachiko*; Hoashi, Eiji*; Yamaoka, Nobuo*; Horiike, Hiroshi*; Furukawa, Tomohiro; Ida, Mizuho; Nakamura, Kazuyuki; Matsushita, Izuru*; Wakai, Eiichi

本論文は、核融合炉候補材料の中性子照射試験施設である国際核融合材料照射施設(IFMIF)の研究開発にかかわるものである。現在幅広いアプローチ(BA)活動の1つである、IFMIFの工学実証・工学設計活動(EVEDA)プロジェクトが日欧協力で進められている。本プロジェクトの枠組みで大洗研究開発センターに製作されたEVEDA液体Li試験ループ(ELTL)は、Liターゲットの安定性評価等に供する。ELTLにおいて、Liターゲットを模擬した液体Li噴流の表面変動の計測に供する機器として、触針式液面計を開発した。本液面計は、触針と液面との接触を電圧降下として検知し、噴流の平均厚さや振幅の分布などの変動特性を取得するものである。開発の要点は、10Paの真空下で触針を0.1mmの分解能、0.01mmの位置決め精度で動作させることである。この条件を満たすため、モーメント荷重とセンサーの自重荷重を計算し、その計算結果に基づいて、装置内外での1気圧の差圧に耐えて位置決めできるモータと摩擦を低減したボールねじを選定し、強固な構造を適用することとした。以上の結果、所定の性能を満たす設計を完了した。

In the Engineering Validation and Engineering Design Activities (EVEDA) project of the International Fusion Materials Irradiation Facility (IFMIF), which is one of the Broader Approach (BA) activities, thickness variation of a liquid lithium (Li) jet simulating the IFMIF Li target is planned to be measured in the EVEDA Li Test Loop (ELTL). For this purpose, a contact-type liquid level sensor was developed, which can detect contacts between a probe and Li. Analysis of the contact signals yields average jet thickness and amplitude distribution. One of the key development requirements is to drive the probe by 0.1 mm step with positioning accuracy of 0.01 mm under the vacuum condition of 10Pa. To satisfy such a requirement, the sensor's own weight load and moment load were calculated, and based on those calculation results a powerful motor and a friction-reduced ball screw were selected and strong structure was adopted. We have successfully completed the design work of the sensor.