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Investigation of beam window structure for accelerator driven system with subcriticality adjustment rod

未臨界度調整棒を導入した加速器駆動核変換システムのビーム窓構造検討

菅原 隆徳 ; 岩元 大樹; 辻本 和文

Sugawara, Takanori; Iwamoto, Hiroki; Tsujimoto, Kazufumi

本研究では、加速器駆動核変換システムの大きな課題の一つであるビーム窓の設計検討を行った。従来の検討においても成立性が見込まれる概念を提示したが、ビーム窓形状が複雑で製造性に課題があるものであった。そこで、ADS炉心に未臨界度調整棒を導入し、燃焼期間中の陽子ビーム電流値を低減することでビーム窓の設計条件を緩和し、新たな設計条件で検討を行った。ADS核計算においては、ADS3Dコードを使用し、未臨界度調整棒を導入することで陽子ビーム電流値を従来の20mAから10mAへ低減できることを示した。この条件を元に、ビーム窓および核破砕ターゲットに対して、陽子・中性子輸送計算(PHITSコード)、熱流動解析(STAR-CCM+コード)、構造解析(ANSYSコード)を実施した。これらの連成解析の結果、より成立性の高いビーム窓概念として、製造が容易な半球型で、外径470mm、厚さ4mm、安全率12となる概念を示した。

In this study, new beam window concept for accelerator-driven system (ADS) is investigated by changing the design condition. The most important factor for the beam window design is the proton beam current, and the design condition will be mitigated if the proton beam current will be reduced. To reduce the proton beam current, a subcriticality adjustment rod which was a B$$_{4}$$C control rod was employed and neutronics calculations were performed by ADS3D code. The results of the neutronics calculation indicated that the proton beam current was reduced from 20mA to 10mA by the installation of the subcriticality adjustment rods. Based on the mitigated calculation condition, the investigation of the beam window was performed by the particle transport analysis by PHITS code, the thermal hydraulics analysis by STAR-CCM+ code and the structural analysis by ANSYS code. Through these coupled analyses, more feasible beam window concept which was the hemispherical shape, the outer diameter = 470mm, the thickness at the top = 4.0mm and factor of safety =12, was presented.

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