液体金属壁面噴流の流動特性の解明

Free-surface characteristics of liquid-metal wall jet

金村 卓治; 近藤 浩夫; 杉浦 寛和*; 帆足 英二*; 吉橋 幸子*; 室賀 健夫*; 古川 智弘  ; 平川 康 ; 若井 栄一  ; 堀池 寛*

Kanemura, Takuji; Kondo, Hiroo; Sugiura, Hirokazu*; Hoashi, Eiji*; Yoshihashi, Sachiko*; Muroga, Takeo*; Furukawa, Tomohiro; Hirakawa, Yasushi; Wakai, Eiichi; Horiike, Hiroshi*

核融合研究分野において様々な液体金属(liquid metal、以下LM)噴流の応用研究が進められている。LMを除熱媒体としてダイバータを覆うという先進的なアイデアや、液体リチウム(Li)の壁面噴流を重陽子ビームのターゲットとして使用する国際核融合材料照射施設(IFMIF)計画がある。LM壁面噴流が除熱媒体や核反応ターゲットとして実現可能か判断する際の重要なポイントは、実測に基づく流動特性の解明である。そのために、LMに適する計測器の開発が必要不可欠である。著者らは、IFMIFのLiターゲットの流動特性を解明するための基礎研究を2002年から着手し、様々な計測器を開発・適用してきた。具体的には、自由表面を可視化し波の波長を計測する高速度ビデオカメラ、波の振幅を計測する触針式液面計やレーザープローブ法等である。それらを用いて計測し、自由表面変動の波高分布モデル, 波長分布モデル, 厚み分布モデル等を導入することで、Li噴流の主要な流動特性を解明することに初めて成功した。上記の計測手法は、他のLM流れにも適用可能と考えられ、かつ液体Liの実液試験で得た流動特性は、他のLM流れ実験の基礎データとして非常に有益と考えられる。

Application studies of liquid metal (LM) wall jets are progressing in nuclear fusion researches. Examples are LM diverters or the Li target of the International Fusion Materials Irradiation Facility (IFMIF). It is important to understand flow characteristics based on measurement in order to judge whether a LM wall jet is feasible as a coolant or a nuclear target. To do so, diagnostics applicable to LM must be developed. The authors started researches on the flow characteristics of the IFMIF Li target in 2002. The diagnostics we developed are a high-speed video camera for visualization of free surface, a contact-type liquid level sensor and a laser probe method for measurement of amplitude of free-surface waves, etc. We have succeeded in understanding the flow characteristics of the Li wall jet by measuring them. The diagnostics we developed are applicable to other LM free-surface flows, and the flow characteristics we obtained are valuable as fundamental data for other LM flows.