液体金属リチウム自由表面流に関する研究,1; プローブによる波動特性の実験研究

Study on free-surface flow of liquid Lithium, 1; Measurement of characteristics of surface oscillation using probe

沖田 隆文*; 鈴木 幸子*; 帆足 英二*; 杉浦 寛和*; 金村 卓治; 近藤 浩夫; 山岡 信夫*; 堀池 寛*

Okita, Takafumi*; Suzuki, Sachiko*; Hoashi, Eiji*; Sugiura, Hirokazu*; Kanemura, Takuji; Kondo, Hiroo; Yamaoka, Nobuo*; Horiike, Hiroshi*

核融合炉材料開発のための高フラックス中性子源としてIFMIFの開発が進められている。IFMIFにおいて液体金属リチウムの高速液膜噴流は40MeV, 250mAの重陽子ビームの照射により所定の中性子束を生成する。液膜噴流の安定性が、IFMIF実機の健全性と中性子生成効率に影響するため、表面波動特性の解明は重要である。本研究では、大阪大学リチウムループにて電気接触式液面計を用いたリチウム噴流の表面変動計測結果について解析を行い、解析結果に基づいてビームエネルギーの流路底(背面壁)への入熱量を概算した。解析結果によると、ノズルから175mm地点では、微小振幅の波が支配的であった。ただし、流速9m/s以上の条件では最大振幅はおよそ2mmであった。これはIFMIF実機におけるターゲット設計仕様である1.0mmを上回っているが、その最大振幅を持つ波の発生頻度は低い。ビームと背面壁が核反応を伴わず、単にビームエネルギーは100%背面壁への熱入力になると仮定して計算を行った結果、われわれの計測から得られた波高データをもとにすると、背面壁への熱入力はおよそ200W以下になると概算された。

In the International Fusion Materials Irradiation Facility (IFMIF), a stable lithium (Li) target is required to maintain the integrity of the Li target itself and guarantee the desired neutron flux level. In this study, amplitudes of the free-surface waves were measured in an Osaka University Li loop with a contact-type liquid level sensor, and based on the measurement results, heat deposition rate from the deuteron beam to the flow channel (back wall) was calculated. Measurement results showed that at 175 mm downstream from the nozzle exit, maximum amplitudes at the velocity of more than 9 m/s were approximately 2 mm, which is larger than the IFMIF design specification value of 1 mm. However occurrence frequency of such large-amplitude waves were very low. Based on the amplitude measurement data, heat deposition rate from the deuteron beam to the flow channel was calculated to be less than 200 W in the simple model.