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有吉 玄; 猿田 晃一; 粉川 広行; 二川 正敏; 前野 航希*; Li, Y.*; 筒井 喜平*
Proceedings of 20th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-20) (Internet), p.1407 - 1420, 2023/08
水銀を核破砕標的とするパルス中性子源では、陽子線励起圧力波による標的容器のキャビテーション損傷が問題視されている。このような損傷の抑制手法として、旋回流式気泡注入器で水銀中に微小He気泡を混合し、その圧縮性効果を用いる手法や、標的容器内側に流路壁を追加した二重壁流路構造を設ける手法が採用されている。本研究では、二重壁流路体系において内壁部に生じ得るキャビテーション由来の貫通損傷を標的容器外部から検出する異常診断技術の確立を目指す。本論文では、貫通損傷が生じた場合の水銀流れを有限要素法に基づく流動解析で明らかにし、流体励起・音響振動の観点から、損傷の影響を評価した結果を報告する。
二川 正敏; 筒井 喜平*; 粉川 広行; 直江 崇
Key Engineering Materials, 715, p.203 - 209, 2016/11
世界的関心の寄せられる様々な科学技術を展開しうる大強度陽子加速器施設では、加速器から出射されるMW級の大強度陽子線に耐えつつ、効率よく2次粒子を生成する標的が要求される。固体金属標的は、大強度の陽子線が入射することによって非常に高い熱流束が負荷され、場合によっては瞬時に溶融することが推測される。実際、J-PARC(Japan Proton Accelerator Research Complex)では、金の固体標的が局所的に溶融し、溶融金が噴出する事象が生じた。溶融金ジェットは真空を隔てるフランジ板に衝突して飛散すると共に、一部はフランジ板に付着した。この挙動を粒子法による数値解析で再現し、フランジ板上の付着痕の様相と衝突速度との相関について、フラクタル解析を導入して定量評価を試みた。その結果、フラクタル次元は衝突速度に依存し、局所衝撃力や飛散挙動を評価する指標として有効であることが分かった。
村田 篤*; 猿田 晃一; 涌井 隆; Li, Y.*; 筒井 喜平*; 二川 正敏
no journal, ,
振動法や音響法は、構造物の異常診断技術として多様な産業分野で利用されている。これらの異常診断法では、計測に加速度計やマイクロフォンなどの電気センサを使用するが、放射線環境下では電離作用による電気ノイズの影響で信号が著しく劣化する。そのため、原子炉や核破砕中性子源といった高放射線環境の異常診断システムでは、従来電気センサの利用には限界がある。本研究では、放射線の影響を受けない光計測の特徴に着眼し、レーザードップラー振動計を用いた光音響計測について、水銀標的異常診断技術への適用性を実験と有限要素法による数値解析で評価した。
前野 航希*; 有吉 玄; 筒井 喜平*; 猿田 晃一; 粉川 広行; Li, Y.*; 二川 正敏
no journal, ,
大強度陽子加速器施設(J-PARC)における核破砕水銀標的では、標的容器の寿命に影響を及ぼす因子として、容器内壁のキャビテーション損傷が問題視されている。これは、陽子入射に伴う水銀の熱体積膨張で生じる圧力波が、水銀中を伝播する過程において、容器内壁近傍にキャビテーション気泡を生成し、それらの気泡が崩壊する際に発生させるマイクロジェットが壁面を局所的に壊食させることで形成される損傷である。J-PARCにおける水銀標的では、マイクロジェットの抑制手法として、水銀の「流動効果(Flow effect)」を利用している。これは、標的容器内部に狭隘流路を設けることで、狭隘流路内の流速を高くし、キャビテーション気泡の成長およびマイクロジェットの射出速度を抑制するものである。さらに、バルク流路側の水銀中へ微小気泡を注入することで得られる「クッション効果」を利用し、マイクロジェットの発生原因となる圧力波の大幅な抑制も実施している。これらの手法により、キャビテーション損傷の大幅な低減に成功しているが、完全な低減には至っておらず、水銀標的の運転時においては徐々に損傷がバルク流路側内壁面に蓄積されているのが実状である。そこで本研究では、損傷が蓄積された場合に形成され得る流路内壁の亀裂損傷に着目し、標的容器内の流れ場に対する亀裂損傷の影響を数値的に明らかにすることを目的とした。その一環として、標的容器先端部の流路を二次元的にモデル化し、内壁部の模擬損傷幅を主なパラメータとした流動解析を行った。
前野 航希*; 有吉 玄; 猿田 晃一; 村田 篤*; 粉川 広行; 筒井 喜平*; Li, Y.*; 二川 正敏
no journal, ,
水銀を核破砕標的とするパルス中性子源では、陽子線励起圧力波による標的容器のキャビテーション損傷が問題視されている。このような損傷の抑制手法として、水銀中に混合された微小He気泡の圧縮性効果により圧力波を低減する手法や、標的容器内側に流路壁(内壁)を追加した二重壁構造によりキャビテーション気泡の成長を阻害し、その攻撃性を抑制する手法が採用されており、損傷の大幅な低減に成功している。しかし、損傷を完全に防ぐことは原理的に難しく、標的の運転条件によっては損傷が進行し、内壁部に貫通損傷が形成される可能性が指摘されている。そこで本研究では、二重壁流路体系で内壁部に生じ得るキャビテーション由来の貫通損傷を標的容器外部から検出する異常診断技術の確立を目指す。その一環として本稿では、貫通損傷が生じた場合の流れ場を、有限要素法による流動解析と水をモデル流体とした粒子画像流速測定法(PIV)で可視化し、流れ場に対する損傷の影響を調べた。
前野 航希*; 有吉 玄; 猿田 晃一; 村田 篤*; 粉川 広行; Li, Y.*; 筒井 喜平*; 二川 正敏
no journal, ,
水銀を核破砕標的とするパルス中性子源では、陽子線励起圧力波による標的容器のキャビテーション損傷が問題視されている。このような損傷の抑制手法として、水銀中に混合された微小He気泡の圧縮性効果により圧力波を低減する手法や、標的容器内側に流路壁(内壁)を追加した二重壁構造によりキャビテーション気泡の成長を阻害し、その攻撃性を抑制する手法が採用されており、損傷の大幅な低減に成功している。しかし、損傷を完全に防ぐことは原理的に難しく、標的の運転条件によっては損傷が進行し、内壁部に貫通損傷が形成される可能性が指摘されている。そこで本研究では、二重壁流路体系で内壁部に生じ得るキャビテーション由来の貫通損傷を標的容器外部から検出する異常診断技術の確立を目指す。その一環として本稿では、貫通損傷が生じた場合の流れ場を、有限要素法による流動解析で可視化し、流れ場に対する損傷の影響を調べた。
