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Mitigation technologies for damage induced by pressure waves in high-power mercury spallation neutron sources, 4; Measurement of pressure wave response and microbubble effect on mitigation in mercury target at J-PARC

高出力核破砕水銀ターゲットでの圧力波誘起損傷抑制技術,4; J-PARC水銀ターゲットでの圧力波応答及び微小気泡による抑制効果の計測

粉川 広行; 直江 崇 ; 二川 正敏; 羽賀 勝洋; 涌井 隆; 原田 正英; 高田 弘

Kogawa, Hiroyuki; Naoe, Takashi; Futakawa, Masatoshi; Haga, Katsuhiro; Wakui, Takashi; Harada, Masahide; Takada, Hiroshi

J-PARCの核破砕中性子源では、中性性ビームを生成するために水銀ターゲットシステムを運転している。水銀ターゲットでは、大強度のパルス陽子ビームが入射することによって水銀の急激な発熱により圧力波が発生する。圧力波によって、水銀を内包するターゲット容器に繰返し応力だけでなくキャビテーション損傷を引き起す。圧力波を低減することは、ターゲット容器の寿命を保つ上で非常に重要な課題である。我々は、微小気泡を水銀中に注入し、圧力波を低減する技術の開発を行っており、今回、微小気泡発生器を水銀ターゲット容器に実装し、圧力波により励起されるターゲット容器の変位速度をその場診断装置で測定し、陽子ビーム条件や微小気泡の効果を調査した。その結果、ターゲット容器の変位速度は微小気泡により減少し、変位速度のピーク値は、気泡の注入量が0.4%, 0.1%の場合、気泡を注入しない場合に比べて各々1/3, 2/3に低減することを明らかにした。

A mercury target system has been operated to produce neutron beams at the spallation neutron source in the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). Pressure waves are generated in mercury by rapid heat generation at the time of high-intensity short-pulse proton beam injection. Not only they cause cyclic stress but also induce the cavitation damage on the target vessel made from type 316L stainless steel. Reduction of these pressure waves is very important issue to ensure enough lifetime of the target vessel. To solve the issue, we have been developing the technique to inject microbubbles into mercury. In this study, we installed a microbubble generator in the mercury target vessel, and investigate the effect of proton beam condition and the microbubbles on the pressure wave mitigation by measuring the displacement velocity of the target vessel with an in-situ diagnostic system. As a result, we observed that the peak displacement velocity of the target vessel decreased down to 1/3 and 2/3 for the injected gas fractions of 0.4% and 0.1%, respectively.

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パーセンタイル:42.02

分野:Nuclear Science & Technology

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