Spattering behavior induced by cavitation bubble collapsing nearby gas-liquid interface

気-液界面におけるキャビテーション気泡崩壊によって誘発されるスパッタ飛散

川島 広之; 黒澤 琢磨*; 勅使河原 誠   ; 直江 崇   ; 田中 伸厚*; 二川 正敏  ; 粉川 広行  

Kawashima, Hiroyuki; Kurosawa, Takuma*; Teshigawara, Makoto; Naoe, Takashi; Tanaka, Nobuatsu*; Futakawa, Masatoshi; Kogawa, Hiroyuki

レーザー切断は、放射性廃棄物減容化に期待されている。しかし、高放射化物の切断では、切断時に発生するヒュームやスパッタなどの放射性粉塵の飛散が実用上の大きな問題となる。スパッタの発生原因の一つは、レーザー照射により急激な熱負荷でキャビテーション気泡が崩壊することに起因すると考えられている。スパッタリングのメカニズムを解明するために、水中での火花放電を利用してキャビテーション気泡を発生させ、スパッタリング現象に伴う自由表面と気泡の相互作用による成長・崩壊挙動を超高速度ビデオカメラで観察し、数値シミュレーションを実施した。

Laser cutting is expected for reducing the volume of radioactive components by taking account of radioactive levels. The scattering of radioactive dust such as fume and spatter, which is generated throughout the laser cutting process, gets to be a major issue for practical usage in cutting highly radioactive substances. One of driving forces of the spatter is likely to be attributed to the cavitation bubble collapsing caused by rapid thermal loading due to laser irradiation. In order to elucidate the mechanism of spattering, the technique of spark discharge in water was availed to generate the cavitation bubble. The growth and collapse behaviors influenced by the interaction between a free surface and bubbles resulting the spattering phenomena are observed by using an ultra-high-speed video camera, and the numerical simulation was carried out as well.