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Cavitation damage prediction for the JSNS mercury target vessel

JSNS水銀ターゲットにおけるキャビテーション損傷の予測

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

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

J-PARCの核破砕中性子源(JSNS)水銀ターゲット容器は、陽子線入射励起圧力波により励起されるキャビテーションによる損傷を受ける。キャビテーションによる損傷は、容器の構造健全性を低下させるため現在のところ容器の交換寿命を決める支配因子となっている。圧力波及びキャビテーションによる損傷を低減するためには、水銀中にガスマイクロバブルを注入することが効果的な手法である。JSNSでは、ガスマイクロバブルを注入するためのシステムを2012年10月に設置し、レーザードップラー振動計を用いて容器の振動をモニタリングすることによって水銀中へのバブル注入の効果をした。その結果、振動速度は気泡注入量の増加に伴って減少することを確認した。また長期間の運転では、気泡注入によって平均でバブル注入無しの1/4程度の振動速度を維持した。

Mercury target vessel in the JSNS, which is made of 316L SS, is damaged owing to the pressure wave-induced cavitation resulting from the proton beam bombardment. The cavitation damage decreases the structural integrity of the target vessel and is currently a dominant factor to decide the service life in compared with the radiation damage. Injecting microbubbles into mercury is one of the prospective techniques to mitigate the pressure waves and cavitation damage. In the JSNS, a microbubble generator with a gas circulation system was installed and has been operated since October 2012. The effects of microbubble injection into mercury on pressure wave mitigation were studied using a laser Doppler vibrometer. The result showed that the vibrational velocity of the target vessel is clearly reduced according to the increase of void fraction. An average peak vibrational velocity under 340 kW operation with the void fraction of 0.1% was reduced to 1/4 of that without injecting microbubbles.

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パーセンタイル:57.25

分野:Materials Science, Multidisciplinary

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