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金村 卓治; 近藤 浩夫; 古川 智弘; 平川 康; 帆足 英二*; 吉橋 幸子*; 堀池 寛*; 若井 栄一
Fusion Engineering and Design, 98-99, p.1991 - 1997, 2015/10
被引用回数：14 パーセンタイル：75.5(Nuclear Science & Technology)国際核融合材料照射施設(IFMIF)では、定格流速15m/s、厚み25mmの液体Li噴流を、40MeV-250mAの重陽子ビームと核反応させて14MeV相当の中性子を発生させるためのターゲットとして採用する計画である。ターゲット厚み変動は10
Paの真空下で
1mm以内に維持するよう要求される。現在、工学実証・工学設計活動(EVEDA)事業にて建設したEVEDAリチウム試験ループにて、Liターゲットが上記要求値を満たすか確認するためにその厚みを計測している。本発表では、IFMIF条件となる真空度10Pa、Li温度250
C、ターゲット平均速度10
20m/sのもと、ターゲット厚みを計測した結果を報告する。計測の結果、平均流速15m/sでは、本試験で着目する重陽子ビーム照射中心位置にて、ターゲット厚みは計測時間60秒間の平均値で26.08mmであった。一方、時間変動に関しては、計測時間内での変動振幅の平均および最大は、同条件でそれぞれ0.26mm, 1.45mmであり、全計測波高のうち約99.7%以上が設計要求値以内であった。したがって、リチウムターゲットは大変安定であり、ターゲットに要求される安定性を満足していることがわかった。
若井 栄一; 近藤 浩夫; 金村 卓治; 平川 康; 古川 智弘; 帆足 英二*; 深田 智*; 鈴木 晶大*; 八木 重郎*; 辻 義之*; et al.
Proceedings of Plasma Conference 2014 (PLASMA 2014) (CD-ROM), 2 Pages, 2014/11
IFMF/EVEDA(国際核融合材料照射施設の工学実証・工学設計活動)において、世界最大流量率(3000リットル/分)を持つリチウム試験ループを用い、幅100mmで厚さ25mmの自由表面を持つ高速(15m/s)リチウム流を、IFMIFの運転条件(250C、約10Pa)で安定なリチウム流の形成を示す実証試験に成功した。また、リチウム施設開発におけるリチウム純化、リチウム安全や遠隔操作技術を含む最近の工学実証においても、いくつかの優れた結果が得られるとともに、リチウム施設に関する工学設計を併せて評価した。これらの研究開発で得られた成果は、核融合炉材料の開発に重要なキーテクノロジーとなる核融合炉の照射環境を模擬する加速器駆動型中性子源の開発を大きく進展させるものである。
古川 智弘; 近藤 浩夫; 金村 卓治; 平川 康; 山岡 信夫*; 帆足 英二*; 鈴木 幸子*; 堀池 寛*
Fusion Engineering and Design, 89(7-8), p.1674 - 1678, 2014/10
被引用回数：1 パーセンタイル：8.88(Nuclear Science & Technology)IFMIFの実現に向けた課題の一つに、リチウム機器のエロージョン・コロージョンがあげられる。大阪大学では、IFMIFターゲットの設計に資することを目的としたリチウム自由表面流に関する研究が実施され、そのテストアッセンブリは、300Cの高流速リチウム環境下で1200時間使用された。このテストアッセンブリは、実証実験データとしてのエロージョン・コロージョン挙動を把握するうえで貴重であることから、金属組織観察を実施した。その結果、ノズル先端部において、高流速リチウム流の痕跡と考えられるわずかな凹凸が観察された。また、当該部に比較して流速比が0.1-0.4となるノズル入口部には、まだら模様が観察されるとともに数ミクロン深さの多数のき裂が観察された。詳細な分析により、これらの現象は、リチウムからの浸炭によるものと推察された。本研究により、IFMIF機器のエロージョン・コロージョンを防止するには、リチウム中に溶存する炭素のコントロールも必要であることが新たにわかった。
金村 卓治; 近藤 浩夫; 帆足 英二*; 鈴木 幸子*; 山岡 信夫*; 堀池 寛*; 古川 智弘; 平川 康; 若井 栄一
Fusion Engineering and Design, 89(7-8), p.1642 - 1647, 2014/10
被引用回数：14 パーセンタイル：70.2(Nuclear Science & Technology)国際核融合材料照射施設(IFMIF)の工学実証・工学設計活動(EVEDA)で実施している液体リチウム(Li)ターゲットの開発では、厚さ25mmの流れの安定性評価が重要であるため、その厚みを0.1mmの精度で計測することが必要である。この精度を満たす有望な計測器として、レーザー入射光とその反射光との干渉効果を用いて距離を計測する手法の適用可能性を調べた。通常計測対象とする拡散体とは異なり、液体Li表面は鏡面体でかつ湾曲した面であるため、実測に基づく評価を実施した。実験は、厚み10mmのLi噴流を生成可能な大阪大学Liループにて、流速1015m/s、雰囲気圧力0.12MPa(Ar)、Li温度300C、サンプリング周波数500kHzの条件で実施した。本計測器が適用可能か否かは、Li液面計測の精度結果から評価した。液面変位を正弦波と仮定した場合、流速1015m/sの条件ではサンプリング周期2
sの間に液面の変位量は1mにも満たず平面と仮定できる。したがって計測精度は、2sごとの厚み変位量を統計処理して得たヒストグラムの標準偏差として定義した。実験の結果、精度は9mであり、本機器は高精度で液体Li表面の測定に適用可能だとわかった。
若井 栄一; 近藤 浩夫; 金村 卓治; 古川 智弘; 平川 康; 渡辺 一慶; 井田 瑞穂*; 伊藤 譲; 新妻 重人; 枝尾 祐希; et al.
Fusion Science and Technology, 66(1), p.46 - 56, 2014/07
被引用回数：4 パーセンタイル：30.92(Nuclear Science & Technology)EVEDA Lithium Test Loop (ELTL) has been designed and constructed, has operated a liquid lithium flow test facility with the world's highest flow rate and has succeeded in generating a 100-mm-wide and 25-mm-thick free-surface lithium flow along a concave back plate steadily at a high speed of 20 m/s at 300C for the first time in the world. This result will greatly advance the development of an accelerator-based neutron source to high energy and high density, one of the key objectives of the fusion reactor materials development under the BA (Broader Approach) Activities. Recent related engineering validation and engineering design of the lithium facility has been evaluated.
金村 卓治; 近藤 浩夫; 帆足 英二*; 鈴木 幸子*; 山岡 信夫*; 堀池 寛*; 古川 智弘; 平川 康; 井田 瑞穂; 松下 出*; et al.
Fusion Engineering and Design, 88(9-10), p.2547 - 2551, 2013/10
被引用回数：4 パーセンタイル：32.48(Nuclear Science & Technology)現在、国際核融合材料照射施設(IFMIF)の工学実証・工学設計活動(EVEDA)プロジェクトが日欧協力で進められている。本プロジェクトの枠組みで大洗研究開発センターに製作されたEVEDA液体Li試験ループ(ELTL)にて実施する、Liターゲットを模擬した液体Li噴流の表面変動の計測に供する機器として、触針式液面計を製作した。本液面計は、触針と液面との接触を電圧降下として検知し、噴流の平均厚さや振幅の分布などの変動特性を取得するものである。本機器製作における開発上の留意点は、10Paの真空下で触針を0.1mmの分解能、0.01mmの位置決め精度で動作させることである。この条件を満たすため、モーメント荷重とセンサーの自重荷重を計算し、その計算結果に基づいて、装置内外での1気圧の差圧に耐えて位置決めできる高トルクモータと摩擦を低減した精密ボールねじを使用する設計を採用した。製作後に実施した性能試験の結果、触針の動作分解能及び位置決め精度は、それぞれ0.1mm, 0.01mmであり、所期の性能を満たすことを確認した。これによりプロジェクトの一つの重要なマイルストーンをクリアすることができた。
木村 晴行; 帆足 英二*
Fusion Engineering and Design, 88(5), p.327 - 340, 2013/06
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)IFMIFのような加速器駆動強力中性子源のために、背面壁を有さない湾曲型磁気ガイドリチウムターゲット(MGLT)が提案された。湾曲型MGLTは最も過酷な中性子損傷の条件下に置かれる湾曲型背面壁を有する従来のリチウムターゲットに取って代わることが可能である。MGLTに適した磁場は耐放射線性常伝導コイルとF82H部品(ヨーク,ノズル,高中性子束試験モジュール(HFTM))を組合せることにより生成される。磁場の形状はHFTMをMGLTに接近させることにより湾曲する。MGLTのリチウム流はPoisson Superfishコードにより計算された磁場を用いて2次元運動方程式により詳細に解析された。IFMIFのターゲット条件(リチウム流速15m/s、曲率半径1-1.6m、リチウム流の厚さ0.025m)を満足するために必要な磁束密度はターゲット領域で約0.5Tであることがわかった。MGLTとHFTM間の狭いギャップ(数mm)の制御はコイル電流の制御により可能である。
若井 栄一; 近藤 浩夫; 杉本 昌義; 深田 智*; 八木 重郎*; 井田 瑞穂; 金村 卓治; 古川 智弘; 平川 康; 渡辺 一慶; et al.
プラズマ・核融合学会誌, 88(12), p.691 - 705, 2012/12
核融合エネルギーの早期実現を目指す幅広いアプローチ活動のもと、国際核融合材料照射施設(IFMIF)の工学実証・工学設計活動(EVEDA)を2007年より実施している。この活動の中で実機のリチウムターゲットを実証する目的で世界最大流量率(3000リットル/分)を有し、幅100mmで厚さ25mmの形状で最速20メートル/秒までの範囲で安定したリチウム流を実証試験を行うために液体リチウム流動試験装置を原子力機構大洗研究開発センターに建設し、その実証試験を開始したところである。本試験装置の各種機器の機能性試験及びそれに続く、ターゲット部でリチウム自由表面を持つ15m/sの流動試験までに関する第一段階確証試験を成功させた所である。また、これ関係する工学実証試験及び工学設計の活動状況を示すとともに、その成果内容について併せて解説したものである。
鈴木 幸子*; 帆足 英二*; 金村 卓治; 近藤 浩夫; 山岡 信夫*; 堀池 寛*
Fusion Engineering and Design, 87(7-8), p.1434 - 1438, 2012/08
被引用回数：5 パーセンタイル：38.04(Nuclear Science & Technology)国際核融合材料照射施設(IFMIF)において、重陽子ビームのターゲットとして液体金属リチウム(Li)の高速壁面噴流が用いられる計画である。IFMIFのシステム健全性を担保するためには、自由表面波の特性を把握することが非常に重要である。本論文では、大阪大学リチウムループの新調された試験部にて、接触式液面計を用いて表面変動を計測した。計測点はノズルから15mm及び175mm下流地点であった。流速9m/s以上で最大振幅はおよそ2mmに達し、IFMIFの設計目標値を超えた。しかし、振幅の大きな波の割合は非常に小さいことがわかった。
金村 卓治; 近藤 浩夫; 鈴木 幸子*; 帆足 英二*; 山岡 信夫*; 堀池 寛*; 古川 智弘; 井田 瑞穂; 中村 和幸; 松下 出*; et al.
Fusion Science and Technology, 62(1), p.258 - 264, 2012/07
被引用回数：4 パーセンタイル：31.96(Nuclear Science & Technology)本論文は、核融合炉候補材料の中性子照射試験施設である国際核融合材料照射施設(IFMIF)の研究開発にかかわるものである。現在幅広いアプローチ(BA)活動の1つである、IFMIFの工学実証・工学設計活動(EVEDA)プロジェクトが日欧協力で進められている。本プロジェクトの枠組みで大洗研究開発センターに製作されたEVEDA液体Li試験ループ(ELTL)は、Liターゲットの安定性評価等に供する。ELTLにおいて、Liターゲットを模擬した液体Li噴流の表面変動の計測に供する機器として、触針式液面計を開発した。本液面計は、触針と液面との接触を電圧降下として検知し、噴流の平均厚さや振幅の分布などの変動特性を取得するものである。開発の要点は、10Paの真空下で触針を0.1mmの分解能、0.01mmの位置決め精度で動作させることである。この条件を満たすため、モーメント荷重とセンサーの自重荷重を計算し、その計算結果に基づいて、装置内外での1気圧の差圧に耐えて位置決めできるモータと摩擦を低減したボールねじを選定し、強固な構造を適用することとした。以上の結果、所定の性能を満たす設計を完了した。
中村 和幸; 古川 智弘; 平川 康; 金村 卓治; 近藤 浩夫; 井田 瑞穂; 新妻 重人; 大高 雅彦; 渡辺 一慶; 堀池 寛*; et al.
Fusion Engineering and Design, 86(9-11), p.2491 - 2494, 2011/10
被引用回数：10 パーセンタイル：60.88(Nuclear Science & Technology)IFMIF/EVEDAリチウムターゲット系は、5つの実証タスク(LF1-5)と1つの設計タスク(LF6)から構成されている。LF1の目的は、EVEDA液体リチウム試験ループを建設し運転することであり、日本が主たる責任を負っている。LF2は、EVEDA液体リチウム試験ループとIFMIF実機の設計に対する計測系の開発を行うものであり、現在、基礎研究が終了し、試験ループ用装置の設計を実施している。LF4は、リチウム中に含まれる窒素及び水素の除去技術を開発するものであり、LF2同様、現在、基礎研究が終了し、試験ループ用装置の設計を実施している。LF5は、ターゲットアッセンブリーの遠隔操作技術を開発するものであり、原子力機構は、フランジのリップ部分をレーザーによって切断,溶接を行うアイデアの実証を目指している。切断,溶接実験は2011年の実施予定である。LF6は、LF1-5の実証試験結果をもとにIFMIF実機の設計を行うものである。
帆足 英二*; 杉浦 寛和*; 鈴木 幸子*; 金村 卓治; 近藤 浩夫; 山岡 信夫*; 堀池 寛*
Proceedings of 19th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-19) (CD-ROM), 9 Pages, 2011/10
国際核融合材料照射施設(IFMIF)において、重陽子ビームのターゲットとして液体金属リチウム(Li)の自由表面流が採用される計画である。IFMIFのシステム健全性を担保するためには、自由表面波の特性を把握することが非常に重要である。本論文では、大阪大学リチウムループにて実験的に得られた波高や波速などの波の特性と、数値流体力学(CFD)コードであるFLUENTを用いて得られた解析結果を示す。実験においては、接触式液面計と呼ぶ計測器を用いて波高を計測した。また、波速は高速度ビデオの画像を解析して得た。CFD解析を内部流れと自由表面との関連を調査するために実施し、計算結果を実験データと比較した。その結果、表面波の発達メカニズムに関する知見を得た。
古川 智弘; 近藤 浩夫; 平川 康; 金村 卓治; 中村 和幸; 若井 栄一; 杉浦 寛和*; 山岡 信夫*; 鈴木 幸子*; 帆足 英二*; et al.
no journal, ,
大阪大学にてIFMIFリチウムターゲット流動研究に供した噴流試験体(試験履歴:温度300C,累積時間約1200h)を解体・洗浄し、金属組織観察を実施した結果について報告する。
金村 卓治; 近藤 浩夫; 古川 智弘; 山岡 信夫*; 鈴木 幸子*; 帆足 英二*; 堀池 寛*; 中村 和幸
no journal, ,
国際核融合材料照射施設(IFMIF)のリチウム(Li)ターゲットは、10Paの真空下で高速液体噴流(運転範囲10-20m/s)の形態をとる。Liターゲットの安定性等を評価するために、幅広いアプローチ(BA)活動の1つであるIFMIFの工学実証・工学設計活動(EVEDA)の枠組みの中で、大洗研究開発センターにEVEDA液体Li試験ループ(ELTL)を製作した。ELTLにおいて、Liターゲットを模擬した液体Li噴流の表面変動の計測に供する機器として、触針式液面計を開発した。本液面計は、触針と液面との接触を電圧降下として検知し、噴流の平均厚さや振幅の分布などの変動特性を取得するものである。開発の要点は、まず10Paの真空下で触針を0.1mmの分解能、0.01mmの位置決め精度で動作させることである。これに対し、装置内外での1気圧の差圧に耐えて位置決めできるモータと摩擦を低減したボールねじを選定した。また、本液面計をELTLに取付け・取外しする際、ELTL内はアルゴンガスの正圧雰囲気であるため、酸欠等の作業安全性を考慮しなければならない。そのため、準気密を保ったまま、取付け・取外しできるように設計した。性能検査の結果、本液面計は所定の性能を有することを確認した。
沖田 隆文*; 鈴木 幸子*; 帆足 英二*; 杉浦 寛和*; 金村 卓治; 近藤 浩夫; 山岡 信夫*; 堀池 寛*
no journal, ,
核融合炉材料開発のための高フラックス中性子源としてIFMIFの開発が進められている。IFMIFにおいて液体金属リチウムの高速液膜噴流は40MeV, 250mAの重陽子ビームの照射により所定の中性子束を生成する。液膜噴流の安定性が、IFMIF実機の健全性と中性子生成効率に影響するため、表面波動特性の解明は重要である。本研究では、大阪大学リチウムループにて電気接触式液面計を用いたリチウム噴流の表面変動計測結果について解析を行い、解析結果に基づいてビームエネルギーの流路底(背面壁)への入熱量を概算した。解析結果によると、ノズルから175mm地点では、微小振幅の波が支配的であった。ただし、流速9m/s以上の条件では最大振幅はおよそ2mmであった。これはIFMIF実機におけるターゲット設計仕様である1.0mmを上回っているが、その最大振幅を持つ波の発生頻度は低い。ビームと背面壁が核反応を伴わず、単にビームエネルギーは100%背面壁への熱入力になると仮定して計算を行った結果、われわれの計測から得られた波高データをもとにすると、背面壁への熱入力はおよそ200W以下になると概算された。
岡 剛司*; 帆足 英二*; 鈴木 幸子*; 滝田 将弘*; 金村 卓治; 近藤 浩夫; 古川 智弘; 山岡 信夫*; 堀池 寛*
no journal, ,
核融合炉材料開発のために工学実証・工学設計活動(EVEDA)が進められているIFMIFにおいて、ノズルより生成された液体リチウム噴流が中性子生成用の重陽子ビームターゲットとして設計されている。リチウムターゲットの健全性を担保するために、噴流表面に生じる波の振幅の設計目標値は1mm以内である。本研究では、表面波の形成に影響を及ぼすノズル内境界層流れについてCFDコードを用いて解析を実施した。ノズル出口流速が15m/sとなる条件で、高次の乱流モデルであるLESを用いて解析した結果、ノズル出口の壁面近傍にはゲルトラー渦が形成されているのがわかった。ゲルトラー渦とは、曲率のある流路の粘性底層に発生する縦渦である。生成されたゲルトラー渦は、消滅することなくノズルから吐出する結果を得ており、これがノズル直下での自由表面波の形成に影響を及ぼしていることが示唆された。
金村 卓治; 近藤 浩夫; 鈴木 幸子*; 帆足 英二*; 山岡 信夫*; 堀池 寛*; 古川 智弘; 平川 康; 井田 瑞穂; 若井 栄一
no journal, ,
国際核融合材料照射施設(IFMIF)の工学実証・工学設計活動(EVEDA)にて、EVEDAリチウム(Li)試験ループ(ELTL)において触針式液面計を用いてLiターゲットの厚み変動を計測する。計測にあたってLiが重力(縦)方向に流れる(触針を水平から挿入する)ことを考慮する必要があり、流れへの影響を低減する触針形状が求められる。流れへの影響は、触針が流体から受ける抵抗、すなわち造波抵抗,摩擦抵抗及び粘性圧力抵抗から見積もり可能と考えられる。本報告ではまず主要な抵抗と予想される粘性圧力抵抗に着目し、粘性圧力抵抗を低減した形状を数値流体解析により検討した。触針モデルとして、既に製作済みの円柱先端を鋭利に加工した触針(以下、円柱モデル)と、粘性圧力抵抗を低減可能な形状として流線形断面を有する触針(以下、流線形モデル)の2つを比較検討した。解析コードはFLUENTである。乱流モデルとしてレイノルズ応力モデルを、自由表面モデルとしてVOF法を用いた。圧力分布から触針の抵抗係数Cdを計算した結果、円柱モデルで1.64、流線形モデルで0.64であった。したがって、自由表面流れにおいても、流線形モデルは粘性圧力抵抗が小さいことがわかった。
木村 晴行; 帆足 英二*
no journal, ,
IFMIFのような加速器駆動強力中性子源の保守の容易さ、稼働率の向上等のため、背面壁を有さない湾曲型磁気ガイドリチウムターゲット(MGLT)を新規に提案する。湾曲型MGLTは、最も過酷な中性子損傷の条件下に置かれる湾曲型背面壁を有する従来のリチウムターゲットに取って代わることが可能である。MGLTに適した磁場は耐放射線性常伝導コイルとF82H鋼製部品(ヨーク,ノズル,高中性子束試験モジュール(HFTM))を組合せることにより生成される。磁場の形状はHFTMをMGLTに接近させることにより湾曲させる。MGLTのリチウム流はPoisson Superfishコードにより計算した磁場を用いて2次元運動方程式により詳細に解析した。IFMIFのターゲット条件を満足するために必要な磁束密度、MGLTとHFTM間のギャップの制御性等、湾曲型MGLTの特性について述べる。
金村 卓治; 近藤 浩夫; 古川 智弘; 平川 康; 井田 瑞穂; 山岡 信夫*; 鈴木 幸子*; 帆足 英二*; 堀池 寛*; 若井 栄一
no journal, ,
国際核融合材料照射施設(IFMIF)の工学実証・工学設計活動(EVEDA)で実施しているリチウム試験ループ(ELTL)の開発では、液体リチウム(Li)ターゲットの厚みを安定化することが重要であるため、0.1mmの精度で計測することが必要とされている。この精度を満たす有望な計測器として、レーザー入射光とその反射光との干渉効果を用いて距離を計測する手法の適用可能性を調べた。通常、計測対象とする拡散反射体平面とは異なり、ELTLにおける計測は、金属Li鏡面反射体でかつ湾曲した面であるため、実測に基づいた評価を実施することにした。計測条件は、流速10及び15m/s、雰囲気圧力0.12MPa(Ar)、サンプリング周波数500kHz、計測位置は、流路幅方向に5mm間隔、流れ方向にはIFMIFでの重陽子ビーム照射部中心を基準(0mm)に50mmの範囲を10から15mm間隔で設定した。適用可能性を評価するにあたって、まずLi厚み計測の精度を評価した結果、精度0.03mmを得た。したがって、本機器は高精度で適用可能だとわかった。そして取得データから解析したターゲットの平均厚みは、ノズルから発生するウエイクの影響で、流れ方向のみならず流れ幅方向にも分布をもつ状態であることがわかった。
金村 卓治; 近藤 浩夫; 古川 智弘; 平川 康; 帆足 英二*; 鈴木 幸子*; 堀池 寛*; 若井 栄一
no journal, ,
国際核融合材料照射施設(IFMIF)では、40MeV-250mAの重陽子ビーム2本に対して定格流速15m/sの液体リチウム(Li)噴流をターゲットとして採用する。現設計では、噴流厚みは10Paの真空下で251mm以内に維持するよう要求される。本発表では、工学実証・工学設計活動(EVEDA)事業にて建設したEVEDAリチウム試験ループにて、高精度レーザー距離計を用いて0.12MPaのアルゴン雰囲気のもと流速10, 15, 20m/sにてLi噴流厚みを計測した結果と、厚みの解析結果を報告する。まず計測の結果、本試験で着目する重陽子ビーム照射中心部にて厚みは、若干の流速依存性は示したものの、計測時間60秒の間でおよそ26.01.5mmであった。したがって、正圧条件のもとでターゲットは設計要求値を平均および変動値ともにやや大きいことがわかった。また、湾曲壁に沿う流れの静圧勾配をモデル化し、ベルヌーイの定理と質量保存則から定常解として解析的に求めた厚みの予測値は、厚み平均値の実験結果とよく一致した。この結果から、現設計では静圧勾配が厚みの決定に支配的な要因であると考えられる。
