Conceptual design study of beam window for accelerator-driven system with subcriticality adjustment rod

未臨界度調整棒を伴った加速器駆動核変換システムのビーム窓概念設計研究

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

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

加速器駆動核変換システムの設計において、核破砕ターゲット領域のビーム窓設計は重要な課題の一つである。本研究では、粒子輸送、熱流動、構造の連成解析を行い、実現性の高いビーム窓概念を得た。まず必要な陽子ビーム電流値を下げ、ビーム窓の設計条件を緩和することを目的に、ADS炉心に未臨界度調整棒(SAR)を導入した。この炉心について燃焼解析を行い、最終的に燃焼期間中の最大陽子ビーム電流値を20から13.5mAに低減可能であることを示した。燃焼解析の結果を受けて、粒子輸送、熱流動、構造の連成解析を行った。最終的な結果として、最も座屈耐性の強い以下の概念;半球形状、外半径235mm、ビーム窓先端の厚さ3.5mmそして座屈に対する安全率が9、の概念が得られた。座屈圧力は、過去の結果に対して2.2倍の値となった。以上の結果から、より実現性の高いビーム窓概念を提示することができた。

This study aims to perform the coupled analysis for the feasible beam window concept. To mitigate the design condition, namely to reduce the necessary proton beam current, subcriticality adjustment rod (SAR) was installed to the ADS core. The burnup analysis was performed for the ADS core with SAR and the results indicated that the maximum proton beam current during the burnup cycle was reduced from 20 to 13.5 mA. Based on the burnup analysis result, the coupled analysis; particle transport, thermal hydraulics and structural analyses, was performed. As the final result, the most robust beam window design; the hemisphere shape, the outer radius = 235 mm, the thickness at the top of the beam window = 3.5 mm and the factor of safety for the buckling = 9.0, was presented. The buckling pressure was 2.2 times larger than the previous one and more feasible beam window concept was presented through this study.