Structure analysis of LBE spallation target for accelerator driven system in JAEA; Effects of pressure waves on the structural integrity of target vessel

JAEAにおける加速器駆動核変換システムのための鉛ビスマス核破砕ターゲットの構造解析; ターゲット容器の構造健全性に与える圧力波の影響について

Wan, T.; 粉川 広行  ; 岩元 大樹   ; 武井 早憲   ; 大林 寛生  ; 佐々 敏信   ; 直江 崇   ; 二川 正敏  

Wan, T.; Kogawa, Hiroyuki; Iwamoto, Hiroki; Takei, Hayanori; Obayashi, Hironari; Sasa, Toshinobu; Naoe, Takashi; Futakawa, Masatoshi

日本原子力研究開発機構では、鉛ビスマス共晶合金(LBE)をターゲット材/冷却材として使用する加速器駆動核変換システム(ADS)を提案している。このADSシステムの設計に関して、基礎的な工学的な課題を解決するために、大強度陽子加速器施設(J-PARC)にADSターゲット試験施設(TEF-T)を含む核変換実験施設(TEF)の建設を検討している。TEF-Tの鉛ビスマス核破砕ターゲットにはパルス状陽子ビームが入射するので、ターゲット容器は核破砕反応の発熱による熱応力などの静的な応力を受ける。さらに、パルス状の陽子ビームによる急激な温度上昇によりLBE中に圧力波が生じるため、ターゲット容器の構造健全性に与える影響を評価しなければならない。本研究では熱流動などの動的解析を行い、ターゲット容器の構造健全性に与える圧力波の影響を評価したので、その結果について発表する。

Japan Atomic Energy Agency (JAEA) has proposed an accelerator-driven system (ADS) for nuclear transmutation, which possesses a Lead-Bismuth Eutectic (LBE) target/coolant system with an LBE enclosure vessel. To solve basic technical issues related to the ADS design, the construction of Transmutation Experimental Facility (TEF) including the ADS Target Test Facility (TEF-T) has been proposed within the framework of Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) project. In the TEF-T, the LBE spallation target will be installed, and be bombarded by pulsed proton beams (400 MeV, 25 Hz, 0.5 ms in pulse duration). The target vessel suffers the static stress caused by design pressure and thermal stress due to heat deposition owing to the spallation reaction. To assess the structure integrity of target vessel, the pressure waves generated in LBE, which caused by rapid temperature rising due to the bombardment of pulsed proton beam, should be considered. On the basis of the results of neutronic and thermal-hydraulic analyses, the effects of pressure waves on the structural integrity of target vessel were studied through the dynamic analyses in the present study. The structural integrity of the LBE enclosure vessel for the TEF-T target was assessed.