モンテカルロ・シミュレーションによる核破砕パルス中性子源水銀標的容器におけるキャビテーション損傷予測

Cavitation damage prediction in mercury target for pulsed spallation neutron sources by Monte Carlo simulation

涌井 隆  ; 高岸 洋一*; 二川 正敏  ; 田邉 誠*

Wakui, Takashi; Takagishi, Yoichi*; Futakawa, Masatoshi; Tanabe, Makoto*

核破砕中性子源の水銀ターゲット容器において、陽子ビームが水銀に入射することにより、容器内面にキャビテーション損傷が生じる。気泡核の位置や衝撃圧力分布のばらつきを考慮して、モンテカルロ・シミュレーションを用いたキャビテーション損傷の予測方法を提案した。実験より得られたキャビテーション損傷の分布とシミュレーションより得られた積算ひずみの分布を比較し、ベイズ最適化を用いた逆解析により、衝撃圧力の分布を評価した。ガウス分布を仮定した最大衝撃圧力の平均値及び広がりはそれぞれ3.1GPa及び1.2mであった。シミュレーション結果は実験結果を再現しており、本評価手法が有効であると言える。

Cavitation damage on the inner surface of the mercury target for the spallation neutron source occurs by proton bombarding in mercury. The prediction method of the cavitation damage using Monte Carlo simulations was suggested taking variability of the bubble core position and impact pressure distribution into account. The impact pressure distribution was estimated using the inverse analysis with Bayesian optimization was conducted with comparison between cavitation damage distribution obtained from experiment and the cumulative plastic strain distribution obtained from simulation. The average value and spread of maximum impact pressure estimated assuming the Gaussian distribution were 3.1 GPa and 1.2 m, respectively. Simulation results reproduced experimental results and it can be said that this evaluation method is useful.