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論文

Evaluation growing and collapsing behaviors of cavitation bubbles under flowing condition

川村 駿介; 直江 崇; 池田 翼*; 田中 伸厚*; 二川 正敏

Advanced Experimental Mechanics, 4, p.33 - 37, 2019/08

J-PARCのパルス核破砕中性子源のステンレス鋼製の水銀ターゲット容器は、圧力波によって誘発されるキャビテーションによる損傷を受ける。キャビテーション損傷の低減化を期待して水銀の狭隘流路を有する二重壁構造の容器が採用された。狭隘流路によるキャビテーション損傷の低減効果は、実験的には確認されているもののそのメカニズムは明らかにされていない。本研究では狭隘流路におけるキャビテーション損傷低減効果を明らかにするための基礎研究として、流れ場における火花放電によるキャビテーション気泡の挙動を高速度ビデオカメラを用いて可視化した。さらに、キャビテーション気泡崩壊時の衝撃による壁面の振動を流速を変化させて測定した。流れがない場合は、気泡崩壊時のマイクロジェットは壁面に垂直に放出される、一方、流れ場ではその角度は斜めに変化する。その結果、壁面への衝撃力は流動によって低下することが分かった。

論文

Implementation of a low-activation Au-In-Cd decoupler into the J-PARC 1 MW short pulsed spallation neutron source

勅使河原 誠; 池田 裕二郎; 大井 元貴; 原田 正英; 高田 弘; 柿白 賢紀*; 野口 学*; 島田 翼*; 清板 恭一*; 村島 大亮*; et al.

Nuclear Materials and Energy (Internet), 14, p.14 - 21, 2018/01

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

J-PARCの1MWパルス中性子源では、中性子パルスの成形に用いるデカップラとして、異なる共鳴吸収材から構成し、1eVと高い中性子吸収エネルギーを有するAg-In-Cd合金を開発した。このデカップラによりパルス成形された中性子は、粉末解析の実験装置において最高分解能を更新したが、中性子照射によって生成される長半減期の108mAgの放射能が高いため使用済み機器の取扱においては短所であった。そこで、放射能を大幅に減らす代替材としてAuを使用したAu-In-Cd材の開発を行ってきた。しかしながら、実機のモデレータ・反射体に実用化する上で、大型のAu-In-Cd板と構造材のA5083材とをHIP接合し十分な接合強度を得ることが課題であった。本研究では、Au-In-Cd材の表面状態、大型化した熱容量の変化による接合部界面温度に関わる検討を行い、実規模大のHIP接合において、最適接合条件を見つけることができた。この結果、反射体へのAu-In-Cd材の実用化に成功し、中性子性能を損なわず、大幅な放射能低減の見通しを得た。

口頭

流れ場におけるキャビテーション気泡崩壊挙動の実験的考察

川村 駿介; 直江 崇; 池田 翼; 田中 伸厚*; 二川 正敏

no journal, , 

J-PARCのパルス核破砕中性子源で使用されている水銀を内包するステンレス鋼製のターゲット容器は、陽子線入射時に発生する水銀中圧力波が引き起こすキャビテーションによる損傷を受ける。この損傷を低減するために、ターゲット容器の先端部には狭隘流路を有する二重壁構造のターゲット容器が施されている。狭隘流路構造においてよるキャビテーション損傷が低減される効果があることが実験的に確認されているものの、その損傷低減のメカニズムは明らかになっていない。本研究では、狭隘流路内でのキャビテーション気泡の挙動を把握するための基礎研究として、まず、流動条件下で、水中火花放電により発生させたキャビテーション気泡の成長・崩壊挙動を高速度ビデオカメラを用いて詳細に観察すると共に、気泡崩壊時の壁面の振動を測定した。その結果、流速の増加に伴い、気泡崩壊時に放出されるマイクロジェットの壁面に対する角度が下流側へ傾斜すると共に、壁面の振動が低減することを明らかにした。

口頭

旋回流を用いた微小気泡発生装置の特性評価

池田 翼; 粉川 広行; 直江 崇; 川村 駿介; 田中 伸厚*; 二川 正敏

no journal, , 

J-PARCのパルス核破砕中性子源で使用されている水銀標的では、陽子線入射による水銀の急激な熱膨張が引き起こす圧力波により、水銀を内包するステンレス鋼製の容器にキャビテーション損傷が形成される。この損傷は、中性子源の高出力安定運転を達成するための課題となっている。圧力波を低減するための技術の1つである水銀中への微小気泡注入を実施するために、旋回流型の微小気泡発生装置が開発され、実機に設置されている。圧力波の低減効果を高めるためには、気泡含有率を増加することが有効であり、そのためにより多くのガスを気泡発生装置から供給する必要がある。本研究では、気泡発生装置の圧力損失を増加させずに、吸い込み圧を下げる最適化をするために、羽根の角度とベンチュリの絞り比を系統的に変化させた水流動実験を実施した。その結果、絞り比の増加に伴い吸い込み圧が低下し、吸気量が増加することを明らかにした。

口頭

Visualization of cavitation growing and collapsing behaviors in narrow channel

川村 駿介; 直江 崇; 池田 翼; 田中 伸厚*; 二川 正敏

no journal, , 

J-PARCのパルス核破砕中性子源のステンレス鋼製の水銀ターゲット容器は、圧力波によって誘発されるキャビテーションによる損傷を受ける。キャビテーション損傷の低減化を期待して水銀の狭隘流路を有する二重壁構造の容器が採用された。狭隘流路によるキャビテーション損傷の低減効果は、実験的には確認されているもののそのメカニズムは明らかにされていない。本研究では狭隘流路におけるキャビテーション損傷低減効果を明らかにするための基礎研究として、流れ場における火花放電によるキャビテーション気泡の挙動を高速度ビデオカメラを用いて可視化した。さらに、キャビテーション気泡崩壊時の衝撃による壁面の振動を流速を変化させて測定した。流れがない場合は、気泡崩壊時のマイクロジェットは壁面に垂直に放出される、一方、流れ場ではその角度は斜めに変化する。その結果、壁面への衝撃力は流動によって低下することが分かった。

口頭

Optimization of the swirl gas microbubble generator for a liquid mercury target vessel

池田 翼; 粉川 広行; 直江 崇; 川村 駿介; 田中 伸厚*; 二川 正敏

no journal, , 

J-PARCの中性子源水銀ターゲットでは、大強度の陽子線入射により圧力波が発生する。圧力波はキャビテーションを誘発し、キャビテーションは水銀を包含するステンレス鋼製の容器に激しい壊食損傷を形成する。中性子源の高出力での安定運転のためには、キャビテーション損傷を抑制することが重要である。圧力波を低減するための手法として、水銀中への気泡注入が有望であり、水銀中への微小気泡注入のために旋回流型の気泡発生装置が開発・実装されている。本研究では、気泡発生装置に対して圧力損失を抑えて気泡注入量を増加する最適化のために、旋回流形成羽根とベンチュリの絞り比の影響を調べた。その結果、気泡注入力は絞り比を低下させることで増加した。

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