Dynamic fluid-structure interaction simulation of high-brightness X-ray generator

高輝度X線発生装置の動的伝熱-流動連成解析

石山 新太郎

Ishiyama, Shintaro

60kWmmの世界砕高輝度を達成したこの字型アノード回転電極を有する高輝度X線発生装置の健全性評価を行うため、3D伝熱解析と構造解析を連成させた動的解析を行った。この字型アノード回転電極は、高速回転中電子ビーム加熱により回転部の一部が局部溶融した状態であるため回転体の回転バランス並びに冷却構造体の健全性を保証する必要がある。しかしながら、当該回転体はコンパクトであることから高速回転時の各負荷部の詳細な温度分布や応力分布等を計測することが困難なことから、構造解析評価を行う必要がある。そのためには、一部溶融を許した回転体の温度解析から始まり、その情報を構造解析情報として解析モデルに取り込み、この伝熱と構造解析それぞれの過程を連成させながら収束させる伝熱-構造連成解析技術の開発が必要である。そこで本研究では、この字型アノード回転電極モデルの伝熱-連成解析を行い、その結果得られた高速回転時のこの字型アノード回転電極の発生温度,応力並びにひずみに関する分析を行い、本連成解析の合理性並びに高速運転時の構造安全性に関する検討を行った。

A prototype thermionic electron gun for a high-brightness X-ray generator has been developed. The X-ray generator is equipped with a newly designed rotating anticathode and aimed towards a maximum brilliance of 60 kWmm. During X-ray generation, the surface of the rotating anticathode has melt down spots due to the electron beam exposure, and these melting spots seems to induce damage of rotor and rotating balance. From view point of safety design toward structural soundness of this system, fluid and structural analysis to the rotor structure is absolutely imperative. In present study, dynamic fluid-structure interaction simulation techniques was applied to high-brightness X-ray generator and stress and deformation behavior during X-ray generation was analyzed.