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論文

Lifetime estimation of microbubble in mercury

直江 崇; 長谷川 勝一; Bucheeri, A.; 二川 正敏

Journal of Nuclear Science and Technology, 45(12), p.1233 - 1236, 2008/12

 被引用回数:4 パーセンタイル:29.54(Nuclear Science & Technology)

水銀をターゲット材に用いた核破砕中性子源では、圧力波に励起されるキャビテーションによる損傷がターゲット容器の健全性を著しく低下させるとして問題となっている。圧力波を抑制するための方策の一つとして、水銀中へのマイクロバブル注入がある。任意の位置に最適な大きさのバブルを分布させるためには、溶解及び拡散により消滅するマイクロバブルの寿命を把握する必要がある。水銀は不透明であり、浮遊するマイクロバブルの測定が困難であることから、アクリル壁面に接するマイクロバブルの収縮挙動を観察し、その寿命を計測した。壁面におけるマイクロバブルの寿命から液体中に浮遊する場合の寿命を推定した。水銀中におけるヘリウムマイクロバブルの寿命は、現在検討中の気泡注入条件(気泡径,輸送距離)に対して十分長いことを示唆した。

論文

Microbubble formation at a nozzle in liquid mercury

Bucheeri, A.; 粉川 広行; 直江 崇; 二川 正敏; 羽賀 勝洋; 前川 克廣*

Journal of Nuclear Science and Technology, 45(6), p.525 - 531, 2008/06

 被引用回数:2 パーセンタイル:17.03(Nuclear Science & Technology)

J-PARCに設置される水銀を核破砕標的に用いたパルス中性子源では、パルス陽子線入射によって発生する水銀中の圧力波がキャビテーションを誘発し、標的容器健全性を低下させるとして問題視されている。この圧力波を抑制するための方策の一つとして、水銀中へ微小気泡を注入することを検討している。圧力波の抑制効果は注入する気泡径,気泡率に依存する。水銀中における微小気泡生成技術を構築するために、水銀中における気泡生成挙動を把握することが重要である。本報告では、計算流体力学シミュレーションにより水銀中の生成気泡挙動を評価した。さらに、静止水銀中において微小ノズルからの気泡生成を高輝度X線により可視化し、シミュレーションとの比較を行った。その結果、静止下では水銀の高い表面張力により気泡はノズル外周に沿って成長し気泡径は大きくなること、流動下では表面張力の影響が小さくなることを明らかにした。

論文

Wettability effect on bubble formation at orifice type nozzle

Bucheeri, A.; 粉川 広行; 直江 崇; 二川 正敏; 前川 克廣*

実験力学, 7(4), p.331 - 336, 2007/12

J-PARCには、水銀をターゲット材に用いた核破砕中性子源が設置される。高出力の陽子線が水銀に入射すると、圧力波によってキャビテーションが誘発される。キャビテーション損傷を抑制するために、直径50-200$$mu$$m程度のマイクロバブルを水銀中へ注入することを検討している。しかしながら、水銀は濡れ性が悪いため、水銀中における気泡の生成は困難である。また、水銀は不透明であるため、水銀中における気泡生成の観察は困難である。そこで、濡れ性が悪い条件における気泡生成挙動を再現するために、濡れ性を人工的に変化させて水中で気泡生成実験を行った。穴径100$$mu$$mのオリフィスからの気泡の成長過程を高速度ビデオカメラにより観察した。さらに、オリフィスからの気泡の成長に濡れ性が及ぼす影響を調べるために、数値解析を行った。その結果、生成される気泡直径は接触角に依存し、濡れ性が悪くなるに従い気泡直径は増大した。

口頭

静止及び流動水銀中におけるガス気泡生成解析

Bucheeri, A.; 粉川 広行; 直江 崇; 二川 正敏; 前川 克廣*

no journal, , 

液体水銀ターゲットを用いた高出力核破砕中性子源では、高強度のパルス陽子線入射に励起される圧力波によって水銀中にキャビテーションが生じる。このキャビテーションを抑制するために、水銀中に直径50から200$$mu$$m程度のマイクロバブルを注入することを検討している。気泡注入による効果は、注入する気泡サイズと気泡率に依存する。そこで、水銀中におけるノズル先端からのマイクロバブルの生成挙動を調べ、マイクロバブル生成技術を開発するために、数値流体力学コードを用いた静止及び流動水銀中における気泡注入シミュレーションを行った。その結果、静止水銀中では、気泡はノズル外壁を這うように成長することを明らかにした。また、流動水銀中では、水銀流の抗力とせん断力により、静止水銀中と比較して小さな気泡となることを確認した。

口頭

バブリング用メゾノズルの開発要素

大曽根 龍次; Bucheeri, A.; 栗下 裕明*; 加藤 昌宏*; 山崎 和彦*; 前川 克廣*; 直江 崇; 二川 正敏

no journal, , 

液体水銀を用いた核破砕中性子源では、高強度のパルス陽子線が水銀ターゲットに入射すると、核破砕反応に起因する水銀の熱衝撃による圧力波が発生するとともに、キャビテーションによるピッティング損傷がターゲット容器内壁に形成される。この圧力波を抑制するために、ターゲット容器内の水銀にマイクロバブルを注入することが検討されている。本研究では、圧力波抑制のためのバブル生成用メゾノズルの製作法を提案した。本手法は、ガラスファイバーを含有する金属圧粉体を製作し、ガラスと金属粉の融点の差を利用し、粉末焼結により貫通穴を作成するものである。SUS316L及びモリブデンを用いて金属粉末の焼結性を調査した。その結果、モリブデンでは直径約100$$mu$$mで任意の長さの貫通穴を作成可能であることを確認した。

口頭

Fabrication of bubbler nozzle for micro-bubble injection in liquid mercury

Bucheeri, A.; 栗下 裕明*; 加藤 昌宏*; 直江 崇; 粉川 広行; 二川 正敏; 前川 克廣*

no journal, , 

液体水銀を用いた高出力核破砕中性子源では、パルス陽子線入射により励起される圧力波よってキャビテーションが生じ、水銀を包含するターゲット容器内壁にピッティング損傷が付加される。圧力波を抑制するために、水銀中へマイクロバブルを注入することが有効である。本報では、水銀の濡れ性,バブルサイズ,注入ガス流量,水銀流速等を考慮した数値解析を行い、水銀中におけるマイクロバブルを発生させるノズルの形状を決定した。これらの結果に基づき、微細な貫通穴が形成可能な粉末焼結によるノズル製作法を提案した。金属粉末とガラスファイバーの融点の差を利用し、焼結条件を制御することで微細な貫通穴が作成できることを確認した。

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