Development of microbubble generator for suppression of pressure waves in mercury target of spallation source

核破砕中性子源水源ターゲットの圧力波抑制のための微小気泡生成器の開発

粉川 広行  ; 直江 崇   ; 京藤 敏達*; 羽賀 勝洋  ; 木下 秀孝   ; 二川 正敏  

Kogawa, Hiroyuki; Naoe, Takashi; Kyoto, Harumichi*; Haga, Katsuhiro; Kinoshita, Hidetaka; Futakawa, Masatoshi

MW級核破砕中性子源の水銀ターゲットでは、大強度のパルス陽子ビーム入射により圧力波が発生する。圧力波の伝ぱはターゲット容器壁に沿って負圧の発生を引き起こし、キャビテーション損傷により容器が損傷する。ヘリウムガスの微小気泡を水銀中に注入することは圧力波及びキャビテーション損傷を抑制する効果的な技術の一つである。生成する気泡の大きさとJSNSの水銀ターゲットシステムへの設置のしやすさを考慮した場合、液体の旋回流を用いた気泡生成器(旋回流型気泡生成器)が気泡生成器として適していることが分かった。しかし、一つの旋回流型気泡発生器を流動する水銀中に用いた場合、生成器の下流に水銀の旋回流が残り、残留する旋回流は気泡の合体を引き起こし、結果として圧力波の抑制効果は十分でなくなる。この課題を解決するために、複数の旋回流気泡発生器を水銀の流動方向に垂直な面に並べた複数旋回流型気泡生成器を開発した。JSNSの運転条件で試験を行い、圧力波を抑制することが期待できる半径65mの気泡を生成できることを確認した。

MW-class mercury target for the spallation neutron source is subjected to the pressure waves. Propagation of the pressure wave causes negative pressure which causes cavitation erosion and degrades the vessel. Microbubbles injection into mercury is an effective technique to suppress the pressure waves and cavitation erosion. The bubble-generator utilizing swirl flow of liquid (swirl-type bubble-generator) is suitable for a mercury target system. However, when the single generator was used, swirl flow remains at downstream. The remaining swirl flow causes the coalescence of bubbles which results in ineffective suppression of pressure waves. To solve this concern, a multi swirl-type bubble-generator, which consists of several single generators arraying in the plane perpendicular to mercury flow direction, was invented. The multi swirl-type bubble-generator generated the microbubbles with the sufficient size to suppress the pressure waves.