中性子散乱施設用液体金属ターゲットの構造評価,3; パルス状陽子ビーム入射による偏平ターゲット容器の構造検討

Structural integrity of heavy liquid-metal target installed in spallation neutron facility, 3; Dynamic stress analyses of flat-type target container

石倉 修一*; 粉川 広行  ; 神永 雅紀  ; 日野 竜太郎

Ishikura, Shuichi*; Kogawa, Hiroyuki; Kaminaga, Masanori; Hino, Ryutaro

MW規模の中性子散乱施設の核破砕中性子源となる液体金属(水銀)ターゲットの構造健全性を評価するために、5MWのパルス状陽子ビームが偏平形状ターゲット容器に入射するときの動的応力解析を行った。解析では、クロスフロー型ターゲットを簡素化した半円筒形状のウィンドウ部を有する偏平ターゲットを、衝撃解析コードLS-DYNAの解析モデルとして用いた。動的応力の原因となる圧力波は、ビームエネルギーが1.5GeV,3GeV,6GeVについて、矩形断面内の出力分布が一様な条件で得られた体積発熱計算結果を用いてLS-DYNAにより評価した。その結果、1.5GeV,5MWでビーム周波数が50Hzの場合に、SUS316Lのような一般のオーステナイトステンレス鋼の許容応力を大きく越える最大応力636MPaが発生することが明らかとなった。現在の陽子ビーム条件である3GeV,25Hzの場合には、降伏応力の高いフェライト系材料のF82Hを用いることにより2MWまでの陽子ビームに対応できる見通しを得た。このときの陽子ビームのパルス強度は、4MW,50Hzの陽子ビームのパルス強度に等しい。

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