Damage inspection of the first mercury target vessel of JSNS

JSNS水銀ターゲット容器1号機の損傷観察

直江 崇   ; 勅使河原 誠   ; 涌井 隆  ; 木下 秀孝   ; 粉川 広行  ; 羽賀 勝洋  ; 二川 正敏  

Naoe, Takashi; Teshigawara, Makoto; Wakui, Takashi; Kinoshita, Hidetaka; Kogawa, Hiroyuki; Haga, Katsuhiro; Futakawa, Masatoshi

J-PARCの核破砕中性子源施設では水銀ターゲットシステムを採用している。SUS316L製の水銀ターゲット容器は高強度の陽子及び中性子に曝される。特に、水銀と接する容器内壁は、圧力波によって励起されるキャビテーションによる損傷を受ける。2011年3月の東日本大震災の影響により、水銀ターゲット容器の一部が故障したため、2011年11月にこれを新しい容器に交換した。このとき、使用済みのターゲット容器先端部をホールソーを用いて切り出し、内部に形成されているキャビテーション損傷及び水銀流動によるエロージョンを観察した。その結果、構造健全性に影響を与えるような流動によるエロージョンは観測されなかった。また、ターゲット容器内壁中心部及び15mm程度離れた位置に、キャビテーションによる損傷が集中している箇所が見られた。詳細な分析の結果、中心部では、深さ約250mの損傷が形成されていることが明らかとなった。

A JSNS mercury target vessel composed of type 316L stainless steel suffers radiation damage in the proton and neutron environment. In addition to this damage, the inner wall of the target vessel in contact with mercury is damaged as a result of the cavitation. The target vessel was replaced with a new target in November 2011, because the pneumatic bellows were damaged during the earthquake. Before replacing the target, disk specimens were cut from the beam window of the target vessel in order to investigate the cavitation damage inside the target vessel and to evaluate the change in the mechanical properties due to radiation damage. As a result, it was confirmed that flow-induced erosion damage was not observed on the flow guide. The cavitation damage was concentrated at the center and around both sides approximately 15 mm from the center of the beam window. Based on the detailed measurements, it was concluded that the eroded damage depth of the beam window was 250 m.