J-PARC大強度中性子源の液体水素循環システム用ヘリウム冷凍機の性能劣化; 性能劣化に関わる原因究明

Performance degradation of helium refrigerator for liquid hydrogen circulation system of J-PARC high intensity neutron source; Investigation of performance degradation

勅使河原 誠   ; 麻生 智一 ; 長谷川 勝一   ; 武藤 秀生*; 青柳 克弘*; 高田 弘   ; 池田 裕二郎

Teshigawara, Makoto; Aso, Tomokazu; Hasegawa, Shoichi; Muto, Hideki*; Aoyagi, Katsuhiro*; Takada, Hiroshi; Ikeda, Yujiro

J-PARCの大強度中性子源の液体水素循環システム用ヘリウム冷凍機で、2015年より冷却性能が低下した。原因を解明するため、四重極質量分析計や有機溶媒抽出を用いて循環系内の不純物や油の蓄積量を実測した。熱交換器と内部吸着器から回収した油の蓄積量は総量で約143gであった。油の蓄積量は、ヘリウムの循環において、その中に含まれる不純物(10ppb)の運転時間の総積算量から概算される値と同等であり、設計の許容範囲であった。しかしながら、唯一、内部吸着器において封入した活性炭が飛散しないよう配置したフェルト材のヘリウム入口側表層にこれまでに経験したことのない膜状の油の蓄積が見られた。本報告では、ヘリウム冷凍機内の不純物分析や油蓄積量について評価した結果とフェルト材への膜状の油の蓄積について報告する。

Performance degradation of helium refrigerator was occurred for liquid hydrogen circulation system of J-PARC high intensity neutron source since 2015. In order to find the cause of performance degradation of helium refrigerator, we investigated the impurities in helium gas and accumulated oil in inside cold box components by quadrupole mass spectrometer and organic solvent extraction. The measured impurities and accumulated oil were less than design value. We collected 143g of total amount of accumulated oil from heat exchanger and adosorber, which was corresponded to estimated value from 10 ppb of oil contamination in helium and accumulated operation period. However, we only could find out that accumulated oil like coating film on top surface of felt, which was used to hold the active charcoal in adsorber. We report detailed measurement results of impurities, accumulated oil, etc., to find the cause of performance degradation.