Damage inspection of mercury target vessel operated at 1 MW in J-PARC neutron source

J-PARC中性子源における1MW運転を実施した水銀標的の損傷観察

直江 崇   ; 粉川 広行  ; 涌井 隆  ; 猿田 晃一   ; 木下 秀孝   ; 勅使河原 誠   ; 原田 正英   

Naoe, Takashi; Kogawa, Hiroyuki; Wakui, Takashi; Saruta, Koichi; Kinoshita, Hidetaka; Teshigawara, Makoto; Harada, Masahide

J-PARCの物質生命科学実験施設では、水銀を標的に用いたパルス核破砕中性子源を運用中である。SUS316L製の標的容器は3GeVの陽子線及び中性子による照射損傷に加えて、圧力波で生じるキャビテーションによる損傷を受ける。1MW、25Hzの施設目標に向かって標的容器のキャビテーションによる壊食を抑制するための改良を施しながら段階的に出力を上昇し、2024年5月には2ヶ月の1MW運転を達成した。壊食損傷の低減策の効果を実証するために、標的容器先端部から試験片を切出して損傷を観察した。また、運転中の損傷を予測するために、損傷の深さと陽子ビーム入射で励起される音響振動との相関について検討した。会議では、1MWのビームを受けた損傷観察結果を主としてJ-PARCの水銀標的の現状を報告する。

At the Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) in J-PARC, liquid mercury target for the pulsed spallation neutron source is in operation. A target vessel made of SS316L is damaged by pressure wave induced cavitation in mercury in addition to the 3 GeV proton and neutron irradiation. We are improving the target vessel to mitigate the cavitation erosion and gradually ramping-up the proton beam power for the goal of 1 MW and 25 Hz, 1 MW stable operation in two month was achieved in May, 2024. To demonstrate the mitigation effect, beam window portion of the vessel was cut and inspect the depth of erosion. Furthermore, correlation between the erosion depth and beam induced acoustic vibration during operation are investigated to reflect the in-situ prediction of damage mitigation effect during operation. In the workshop, recent progress of mercury target in J-PARC will be introduced mainly result of damage inspection of 1MW-operated target.