Development of the high power mercury target and the bubbler installation

JSNSにおける高出力水銀ターゲットの開発

羽賀 勝洋  ; 粉川 広行  ; 涌井 隆  ; 直江 崇   ; 二川 正敏  

Haga, Katsuhiro; Kogawa, Hiroyuki; Wakui, Takashi; Naoe, Takashi; Futakawa, Masatoshi

高出力のパルス陽子ビーム入射により、水銀ターゲット中に誘起される圧力波によって引き起こされるキャビテーション損傷は高出力ターゲット容器の開発にとって極めて重要な課題である。水銀中への微小気泡注入は圧力波を緩和するための有望な技術の一つであり、半径数十100m程度の微小気泡を水銀流れ中に生成し、ビーム窓近傍に適切な微小気泡分布を実現するための技術開発を行ってきた。われわれは理想的なサイズの気泡を生成可能な旋回流型の気泡生成器を開発し、J-PARCの実機サイズのターゲット中における気泡流動現象を調べた。その結果、ビーム窓近傍に適度なサイズの微小気泡を分布させうることを確認した。しかし、水銀に対する気泡体積割合であるボイド率はターゲット底部で10以下と期待した値より低かった。ビーム窓部でのボイド率を増やすためにターゲット容器中の水銀流路設計を見直し、気泡生成器をビーム窓近くへ配置した。気泡生成器で発生する旋回流れの効果も加わり、ビーム窓部の微小気泡分布は均一化され、底部のボイド率も改善することがわかった。本講演では、水銀中の微小気泡分布評価と高出力ターゲット容器の設計について報告する。

Cavitation damage caused by the pressure wave in mercury is the crucial issue for the high power mercury target. Microbubble injection into mercury is the technology to mitigate the pressure wave, and the techniques to generate microbubbles in mercury flow, and to achieve the proper distribution of microbubbles have been investigated. We developed the swirl type bubbler which can generate the microbubbles efficiently. We performed mercury flow experiments using the target mockup model. We found that the proper size of microbubbles were distributed in the target, but the void fraction was less than 10 at the bottom area, which was lower than an expected value. In order to increase the void fraction, we changed the design of the mercury flow channel, moving the bubbler position forward near the beam window. With the help of the swirl flow, the homogeneity of microbubbles distribution at the beam window will be improved and the void fraction at the bottom area will be increased.