ADSビーム窓設計に係る熱応力評価及び座屈評価

Evaluation of thermal stress and buckling analysis for ADS beam window design

江口 悠太 ; 菅原 隆徳  ; 大林 寛生  ; 岩元 大樹   ; 辻本 和文 

Eguchi, Yuta; Sugawara, Takanori; Obayashi, Hironari; Iwamoto, Hiroki; Tsujimoto, Kazufumi

加速器駆動核変換システム(ADS)の成立性に関わる重要な構造物であるビーム窓は、加速器と未臨界炉心の境界を成す構造物であり、液体鉛ビスマスによる外圧、腐食、陽子ビームによる発熱で生じる熱応力などの影響を受ける。従来の検討では、ビーム窓形状が複雑で製作上の課題があった。本評価では、より簡易な形状である半球状のビーム窓概念を提示するため、ビーム窓半径、ビーム窓板厚をパラメータとした熱流動と構造の連成解析を実施し、熱応力評価および座屈応力評価を行った。評価の結果、熱応力を考慮したミーゼス応力値は、検討したビーム窓半径および板厚の条件全てで弾性挙動範囲に収まることを確認し、また、座屈応力についても、安全率を考慮した設計応力に対して満足するビーム窓半径および板厚を得た。本評価により、従来よりも成立性の高いビーム窓概念を得た。本研究は、文部科学省原子力システム研究開発事業により実施された「加速器駆動未臨界システムによる核変換サイクルの工学的課題解決に向けた研究開発」の成果である。

Beam window which is important structure relate feasibility of accelerator driven transmutation system (ADS) is boundary between accelerator and subcriticality core, and is affected by external pressure and corrosion by LBE, and thermal stress caused by heat generation by proton beam. In previous work, geometry of beam window is complicated and has manufacturing issues. In this evaluation, to show hemisphere geometry which is simpler, coupled analysis (thermal hydraulics, structure etc.) considering beam window radius and thickness are performed and the results are evaluated. As a result, it was confirmed that the Mises stress value considering thermal stress fit within elastic range under all conditions of beam window radius and thickness. And also about buckling stress, evaluated beam window radius and thickness was satisfied design stress considering safety factor. By this evaluation, beam window design condition which is more feasible than before were obtained. This research is the result of "Research and development for solving engineering problems of transmutation cycle by accelerator driven subcritical system" conducted by nuclear power system research and development project by MEXT.