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J-PARC大強度中性子源の液体水素循環システムの現状と大強度試験結果

Present status and test result of 1MW proton beam injection of liquid hydrogen circulation system of J-PARC high intensity neutron source

麻生 智一 ; 勅使河原 誠   ; 武藤 秀生*; 青柳 克弘*; 高田 弘   

Aso, Tomokazu; Teshigawara, Makoto; Muto, Hideki*; Aoyagi, Katsuhiro*; Takada, Hiroshi

J-PARCの大強度中性子源では、ターゲットで発生した速中性子を液体水素減速材で冷中性子に冷却するために、液体水素循環系(1.5MPa、18K)とヘリウム冷凍機(6kW at 17K、1.6MPa、270g/s)から成る2元冷凍システムを2008年から運転している。2015年から運転中に生じたヘリウム冷凍機内の熱交換器と内部吸着器(ADS)の圧力損失上昇は、ヘリウムガス中の油分の局所的な蓄積が原因とし、2016年夏季に熱交換器のフロン洗浄とADSの交換によって冷凍機の性能が回復した。それ以降、圧力損失が増えることなく、2018年には7月までの175日間の連続運転を行うことができた。油分が蓄積する現象の詳細は未だ不明のため、圧力損失のモニタを増やすとともに、局所的な油蓄積を防ぐために活性炭を抑えるフェルト材を変更したADSの製作を進めている。また、7月に到達目標である1MWのビーム出力で1時間の連続運転を初めて行い、水素循環系統の圧力調整機構の性能、液体水素減速材の出入口温度差が3K以内という設計要件を確認した。この結果、大強度中性子源として利用者に中性子強度を維持した冷中性子を供給できることが確認できた。

Liquid hydrogen (20 K, 1.4 MPaG) is employed as a cold neutron moderator material at the 1 MW spallation neutron source of Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). The cryogenic hydrogen system, combined with a helium refrigerator, was adopted to generate a liquid hydrogen circulation flow (185 g/s). Since January 2015, a pressure drop gradually increased between heat exchangers HXs) and an adsorber (ADS) in the helium refrigerator for each operation, causing the refrigerator performance degradation. The performance of helium refrigerator could be recovered as a result of countermeasures focused on accumulated oil removal, such as cleaning the inside HXs and exchanging the ADS at 2016 summer shutdown, however the detailed cause is still in doubt. On the other hand, a long run stable operation could be secured over 175 days in 2018. Just end of long run operation, a first high-intensity-beam injection with 1MW beam power was also carried out for one hour aiming to confirm the refrigerator performance according to design requirement.

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