Pressure wave induced sound measurement for diagnosing the operation status of the J-PARC pulsed spallation neutron source

J-PARCパルス核破砕中性子源における運転状態診断のための圧力波励起音響測定

直江 崇   ; 粉川 広行  ; 涌井 隆  ; 勅使河原 誠   ; 羽賀 勝洋  ; 二川 正敏  

Naoe, Takashi; Kogawa, Hiroyuki; Wakui, Takashi; Teshigawara, Makoto; Haga, Katsuhiro; Futakawa, Masatoshi

J-PARCに設置されている水銀を標的に用いた核破砕中性子源では、水銀を内包するステンレス鋼製の多重容器に大強度陽子線が25Hzで入射すると、水銀の急激な熱膨張によって容器の内壁に激しいキャビテーション壊食を引き起こす圧力波が発生する。放射線環境下で水銀標的容器の構造健全性を遠隔・非接触で診断するために、レーザドップラ振動計及びマイクロホンを設置している。本研究では、ビーム入射によって生じる標的容器の音響振動とビームパワーやプロファイル等の運転条件の相関を理解することを目的として、運転条件を系統的に変化させて音響振動の測定を実施した。その結果、ビーム入射によって生じる音は、運転条件と非常によい相関があることを明らかにした。

A liquid mercury target for the spallation neutron source is installed in the J-PARC. The liquid mercury is enclosed with the multi-walled stainless steel vessel. At the time of highly intense proton beams hits the target at a repetition rate of 25 Hz, pressure waves, that causes cavitation erosion, are generated owing the rapidly thermal expansion of mercury. We have installed the target diagnostic system consisting of a laser Doppler vibrometer (LDV) and a dynamic microphone to remotely investigate the structural integrity of the target under high-radiation environment. In this study, aiming to understand correlation between the acoustic vibration and the operation conditions such as the proton beam power and beam profile, proton beam induced acoustic vibration was measured by parametrically changing the target operation conditions. The result showed that the sound is well correlated with the operation conditions.