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涌井 隆; 粉川 広行; 羽賀 勝洋; 二川 正敏; 内山 尚義*; 仲村 宏二*
JAEA-Technology 2009-041, 71 Pages, 2010/03
JAEA-Technology-2009-041.pdf:21.19MB
J-PARCの中核施設である物質・生命科学実験施設の建設が終了した。核破砕中性子源となる水銀ターゲット容器については、平成15年度より受注メーカーによる詳細設計,製作及び工場・現地試験検査が実施された。水銀ターゲット容器は、水銀容器破損時の外部への水銀漏洩防止及び陽子ビーム入射に伴う保護容器の温度上昇抑制のため、3重壁構造となっている。水銀容器及び保護容器にはそれぞれ水銀及び重水が循環され、容器間にはヘリウムガスが充填されている。各媒体の設計圧力は0.5MPaGである。また、陽子ビーム入射に伴い水銀ターゲット容器及び水銀は瞬時に発熱し、水銀容器に熱衝撃が発生するとともに水銀の体積膨張による水銀容器の変形が生じる。したがって、水銀ターゲット容器は、内圧や自重などの静的荷重だけでなく、動的荷重が繰り返し負荷される。そこで、水銀ターゲット容器に負荷される条件をもとに、数値解析による構造強度評価を実施した。
涌井 隆; 粉川 広行; 羽賀 勝洋; 二川 正敏; 林 良一*; 内山 尚義*; 岡元 義尚*; 仲村 宏二*
JAEA-Technology 2009-040, 96 Pages, 2010/03
JAEA-Technology-2009-040.pdf:35.52MB
J-PARCの中核施設である物質・生命科学実験施設の建設が終了し、陽子ビームの受入れを開始した。核破砕中性子源となる水銀ターゲット容器については、平成15年度より受注メーカーによる詳細設計,製作及び工場・現地試験検査が実施された。水銀ターゲット容器は、水銀容器破損時の外部への水銀漏洩防止及び陽子ビーム入射に伴う保護容器の温度上昇抑制のため、3重壁構造となっている。また、他機器(ターゲット台車,保管容器,ヘリウムベッセルフランジ,反射体及び水冷遮蔽体)との取り合い関係から、溶接で組み立てられる水銀ターゲット容器は十分な製作精度が要求される。さらに、水銀ターゲット容器は多重壁構造であるので、工場試験検査は製作ステップごとに実施した。本報では、水銀ターゲット容器の各要素の要求仕様及び基本構造を記述するとともに、受注メーカーが水銀ターゲット容器を製作した際の手順についてまとめている。また、溶接に伴う著しい変形など、製作段階で発生した事象について示すとともに、各事象に対する1号機の対応及び2号機以降の水銀ターゲット容器の設計及び製作に関する改善案を提案した。
羽賀 勝洋; 涌井 隆; 粉川 広行; 原田 正英; 二川 正敏; 林 健一*; 仲村 宏二*
JAEA-Technology 2008-033, 40 Pages, 2008/05
JAEA-Technology-2008-033.pdf:4.9MB
日本原子力研究開発機構(原子力機構)では、J-PARCプロジェクトの核破砕中性子源として世界最高レベルである1MWビーム出力に対応可能な水銀ターゲットシステムを完成させた。中性子源の中核となる水銀ターゲット容器の流路・構造設計は原子力機構が基本設計を行い、平成15年度から受注メーカーによる詳細設計,部品加工,組立などの製作作業が行われてきた。これら受注メーカーによる製作設計、及び製作の状況を考慮し、熱流動の観点から水銀ターゲット容器の最終的な性能評価を行った。熱流動解析には汎用熱流動解析コードSTAR-CDを用い、容器と流体の核発熱及び伝熱を考慮した三次元熱流動解析を行った。乱流モデルは標準k-
モデル、対流項の差分スキームはMARSを基本とするが、異なる組合せについても解析を行い、これらを比較した結果、入り口流速,流体の最高温度,容器の最高温度,流体の圧力損失等、水銀ターゲット容器の基本設計をもとにした要求条件を満足することを確認した。
勅使河原 誠; 涌井 隆; 前川 藤夫; 二川 正敏; 加藤 崇; 菊地 賢司; 仲村 宏二*; 深井 卓*; 吉田 信俊*; 直江 崇*; et al.
no journal, ,
J-PARCでは中心利用施設の一つとして核破砕中性子源の建設が進められている。高強度でピーク強度の高い中性子ビームを利用者に供給するため1MWのパルス陽子ビームがターゲットに入射される。しかしながら、パルス陽子ビーム入射によって発生した圧力波を起因とし、ターゲット容器にピッティング損傷をもたらし、容器の寿命を短くする。そこで、容器の寿命を予測する診断技術の確立が重要となる。音響診断として用いられるレーザードップラ法は、ピッティング損傷によって発生した振動事象を計測するのに適した方法である。この診断法を可能とするために再帰性ミラーを採用した。有機材での再帰性ミラーは既に確立されているが、放射線損傷の点から、金属材料での開発が望まれていた。われわれは、電鋳法を用いることにより12%の反射率を有するNi材の再帰性ミラーを開発した。しかしながら、ターゲット容器に取り付けるためのロウ付け処理がNi材に再結晶をもたらし、反射率を低下させた。そこで、ロウ付けについて最適化を施すことによって4%の反射率の低下のみで実機のターゲット容器に導入することを可能とした。