ADSビーム窓のクリープ解析システムの構築

Development of creep analysis system for ADS beam window

渡辺 奈央  ; 菅原 隆徳  ; 西原 健司  ; 加治 芳行  

Watanabe, Nao; Sugawara, Takanori; Nishihara, Kenji; Kaji, Yoshiyuki

加速器駆動核変換システム(ADS)の設計において、加速器と未臨界炉心の境界をなすビーム窓は過酷な環境下で運用される構造物の一つである。特に、定格出力時におけるビーム窓の最高温度は500C以上になるため、クリープ損傷評価の必要性が指摘されていた。そこで今回、運転期間中に発生するクリープひずみを定量評価するための連成解析システムをANSYS Workbench上に構築した。本システムでは、ビーム窓を貫通する陽子ビームの強度やビーム窓周囲を流れる冷却材の状態などの境界条件を反映した詳細な結果を取得するため、粒子輸送解析コードPHITSによって得られた発熱分布をもとに、熱流動コードFluentで求めたビーム窓の温度分布を、構造解析コードMechanicalによるクリープ解析における境界条件として渡している。本システムを使用して、600日間の定格運転時における解析を実施した結果、運転後のクリープひずみは0.1%未満であることを確認した。

In the design of Accelerator-Driven System (ADS), a beam window is one of the structures used under severe conditions. Since the maximum temperature of the beam window at rated operation will be more than 500C, a creep damage evaluation has been required. Therefore, we have developed a coupled analysis system on ANSYS Workbench to evaluate the creep strain quantitatively. In this system, temperature distribution of the beam window is calculated by the coupled analysis of particle transport and thermal hydraulics analyses, and then is used as an input data for a creep analysis. Calculation result by this analysis system showed that the creep strain after the rated operation was less than 0.1%.