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論文

Measurement of Li target thickness in the EVEDA Li Test Loop

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:13 パーセンタイル:81.43(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$$^{-3}$$Paの真空下で$$pm$$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10$$^{-3}$$Pa、Li温度250$$^{circ}$$C、ターゲット平均速度10$$sim$$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。

口頭

IFMIF/EVEDA事業のリチウムターゲット系活動に関する日本側タスクの現状,3; リチウム自由表面流の安定性評価

金村 卓治; 近藤 浩夫; 古川 智弘; 平川 康; 吉橋 幸子*; 帆足 英二*; 山岡 信夫*; 堀池 寛*; 若井 栄一

no journal, , 

国際核融合材料照射施設(IFMIF)では、定格流速15m/sの液体リチウム(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。ターゲット厚みは10$$^{-3}$$Paの真空下で25$$pm$$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流動安定度を計測している。本講演ではカバーガス圧0.12MPa(Ar)のもと流速10, 15, 20m/sにてLiターゲットを計測した結果を報告する。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、ターゲットは流速10, 15, 20m/sにおいて計測時間60秒間の平均値で25.8, 26.0, 26.1mmの厚みであった。一方、時間変動に関しては、同着目部において計測時間内での変動振幅の平均および最大は、すべての流速でそれぞれ0.3mmおよび1.4mmであった。したがって正圧条件のもと、ターゲットは平均的には設計要求値を十分に満たすことがわかった。今後はIFMIF条件となる真空下で計測を行う予定である。

口頭

IFMIF/EVEDAリチウム試験ループにおける実証試験の進捗,2-2; リチウムターゲットの厚み変動計測

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

no journal, , 

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$$^{-3}$$Paの真空下で$$pm$$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。現時点で、カバーガス(Ar)圧力10$$^{-3}$$Pa$$sim$$0.12MPaのもと最大流速20m/sまでのターゲット厚み計測が終了した。計測の結果、Ar圧力0.12MPa、流速15m/sでは、本試験で着目する重陽子ビーム照射中心にて、ターゲット厚みは計測時間60秒間の平均値で26.1mm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0.3mm、1.4mmであり、全計測波高のうち約99.9%以上が設計要求値以内であった。したがって、Ar圧力0.12MPaでは、リチウムターゲットは大変安定であることがわかった。IFMIF条件となる真空下での計測結果を解析中であるが、概ね設計要求を満足する結果を得ている状況である。

口頭

受賞講演; IFMIF/EVEDAリチウム試験ループにおける実証試験の進捗

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

no journal, , 

(受賞講演)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10$$^{-3}$$Paの真空下で25$$pm$$1mm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26.0$$pm$$1.5mm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。

口頭

IFMIF/EVEDA事業のリチウムターゲット施設の開発状況

若井 栄一; 近藤 浩夫; 金村 卓治; 古川 智弘; 平川 康; 中庭 浩一; 伊藤 譲; 田中 浩; 辻 義之*; 伊藤 高啓*; et al.

no journal, , 

IFMIF/EVEDA事業ではリチウムターゲット施設開発のため、実機の約1/3の流量(最大3000リットル/分)を持つリチウム試験ループを原子力機構大洗研究開発センターに建設し、各種機器の機能性試験及び総合性能試験を実施している。平成26年2月に250$$^{circ}$$Cにて高真空下で(15m/s)高速自由表面を持つ高速Li流動試験に成功した。また、欧州キャビテーション計測を協力・実施した。本リチウムターゲット系研究開発の活動は大学連携協力試験下で、計測系、純化系、遠隔操作系の各種実証試験・評価を実施している。各テーマでは、まだ残された課題がいくつもあるが、IFMIF建設判断に必要な、より明確な工学実証評価を平成26年度に完了させる予定である。

口頭

IFMIF/EVEDAリチウム試験ループにおける高真空下リチウムターゲットの厚み変動計測

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

no journal, , 

国際核融合材料照射施設(IFMIF)は、14MeV相当の中性子を用いた核融合炉候補材料の照射施設であり、現在開発中である。IFMIFでは、40MeV-250mAの重陽子ビームを、定格流速15m/s、厚み25mmの液体Li壁面噴流(Liターゲット)に入射させてLi(d,xn)反応により中性子を得る。Liターゲットの厚み変動は10$$^{-3}$$Paの真空下で$$pm$$1mm以内に維持するよう要求される。本発表では、IFMIFの工学実証・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、上記要求値を満たすか確認するために、IFMIF条件となる真空度10$$^{-3}$$Pa、Li温度250$$^{circ}$$C、ターゲット平均速度10$$sim$$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。

口頭

IFMIF/EVEDAリチウムターゲット系と試験設備系の実証試験と工学設計の活動報告,2; リチウムターゲットの安定性評価

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

no journal, , 

国際核融合材料照射施設(IFMIF)では、40MeV、125mAの重陽子ビーム2本分を液体Li壁面噴流(Liターゲット)に入射させて、Li(d,xn)反応により14MeV相当の中性子を発生させ、原型炉以降の核融合炉候補材料の照射試験を行う。IFMIFの工学実証・工学設計活動(EVEDA)事業において、IFMIFの1/3規模となるEVEDAリチウム試験ループを設計・建設し、その工学実証試験を実施してきた。本研究では、本ループにてIFMIF流動条件となる流速15m/s、Li温度250$$^{circ}$$C、真空度10$$^{-3}$$Paの下、本事業にて開発したレーザープローブ法を用いてLiターゲットの安定性を計測・評価した。同手法による計測不確かさは、平均厚みに対して0.06mm、平均振幅に対して0.01mmである。1計測地点あたりの計測時間は60秒間に設定した。重陽子ビームの入射が想定される領域を含んだ、Liターゲットの3次元平均厚み分布を計測した結果、IFMIF設計要求($$pm$$1mm)を十分に満たす平滑な流れであった。ビーム中心位置における波高分布を計測した結果、振幅1mm未満の時間変動が主であり、平均振幅は0.26mmと非常に小さく、LiターゲットはIFMIF設計要求を満たすことを工学的に初めて実証した。

口頭

液体金属壁面噴流の流動特性の解明

金村 卓治; 近藤 浩夫; 杉浦 寛和*; 帆足 英二*; 吉橋 幸子*; 室賀 健夫*; 古川 智弘; 平川 康; 若井 栄一; 堀池 寛*

no journal, , 

核融合研究分野において様々な液体金属(liquid metal、以下LM)噴流の応用研究が進められている。LMを除熱媒体としてダイバータを覆うという先進的なアイデアや、液体リチウム(Li)の壁面噴流を重陽子ビームのターゲットとして使用する国際核融合材料照射施設(IFMIF)計画がある。LM壁面噴流が除熱媒体や核反応ターゲットとして実現可能か判断する際の重要なポイントは、実測に基づく流動特性の解明である。そのために、LMに適する計測器の開発が必要不可欠である。著者らは、IFMIFのLiターゲットの流動特性を解明するための基礎研究を2002年から着手し、様々な計測器を開発・適用してきた。具体的には、自由表面を可視化し波の波長を計測する高速度ビデオカメラ、波の振幅を計測する触針式液面計やレーザープローブ法等である。それらを用いて計測し、自由表面変動の波高分布モデル, 波長分布モデル, 厚み分布モデル等を導入することで、Li噴流の主要な流動特性を解明することに初めて成功した。上記の計測手法は、他のLM流れにも適用可能と考えられ、かつ液体Liの実液試験で得た流動特性は、他のLM流れ実験の基礎データとして非常に有益と考えられる。

口頭

強力中性子源用リチウムターゲット系と試験設備系施設の研究開発

若井 栄一; 近藤 浩夫; 金村 卓治; 平川 康; 古川 智弘; 菊地 孝行; 伊藤 譲*; 帆足 英二*; 吉橋 幸子*; 堀池 寛*; et al.

no journal, , 

核融合原型炉開発のための幅広いアプローチ活動の中で国際核融合炉材料照射施設(IFMIF)の工学実証・工学設計活動(EVEDA)は2007年中旬から実施した。IFMIFは加速器施設、Liターゲット施設、試験設備施設、照射後試験施設などから構成する。本研究発表ではLiターゲット施設と試験設備施設を主とした研究開発において、国内の協力体制の下、日本が担当した一連の工学実証試験や工学設計を良好な結果を得て完遂した成果内容を報告する。本成果はIFMIFなどの核融合用強力中性子源施設の実現に向けた飛躍的な技術進歩であり、日欧国際協力における成果として核融合研究開発に大きく貢献したものである。

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