冷減速材内流動特性の研究,3; 扁平モデルの流動パターン測定と解析

麻生 智一; 神永 雅紀; 寺田 敦彦*; 日野 竜太郎

JAERI-Tech 2000-018, p.49 - 0, 2000/03

JAERI-Tech-2000-018.pdf:3.24MB

原研で開発を進めているMW規模の核破砕ターゲットシステムにおいて、超臨界水素を用いる冷減速材は中性子強度やパルス性能などに直接影響する重要な機器である。特に冷減速材容器内における水素温度の上昇が中性子収率に影響するため、設計ではホットスポットの発生要因となる再循環流や停滞流の発生などを抑制して円滑な流動を実現する必要がある。冷減速材容器の概念設計に反映するため、容器を模擬した扁平モデル試験体を用いて、容器内の流動パターンを水流動条件下で測定した。その結果、衝突噴流に随伴する再循環流や流れの停滞域などの流動パターンを明らかにし、併行して実施したSTAR-CDコードによる流動解析は測定した流動パターンをよく再現した。この結果をもとに実機用冷減速材の熱流動解析を行い、液体水素の温度上昇を3K以内に抑制できることを確認した。

Development of a H ion source for the high intensity proton linac at Japan Atomic Energy Research Institute

小栗 英知; 富澤 哲男; 金正 倫計; 奥村 義和; 水本 元治

Review of Scientific Instruments, 71(2), p.975 - 977, 2000/02

https://doi.org/10.1063/1.1150363

原研では現在、大強度陽子加速器を用いた中性子科学研究計画を提案しており、また本計画とKEK-JHF計画の統合計画も議論されている。これらの計画で使用する負水素イオン源は、ピークビーム電流60mA、デューティー2.5%のビーム引き出しが要求されている。そこで原研では、この要求性能を達成するために必要なイオン源の基礎データ収集を目的とした体積生成型負水素イオン源を製作した。本イオン源のプラズマ生成室は、内径150mm、高さ200mmの円筒型である。ビーム引き出し系は4枚の電極で構成されており、ビーム引き出し孔の直径は8mmである。イオン源下流でのビームの中性化損失を防ぐために、本イオン源に差動真空排気ポートを設け、イオン源下流の真空容器を高真空状態に保つ。差動排気の結果、ビーム電流値は1.7倍増加し、現在、セシウム添加なしの状態で、負水素イオンビーム電流11mAを得ている。

原研「中性子科学研究計画」とKEK「大型ハドロン計画」の統合

向山 武彦

RIST News, (28), p.3 - 11, 1999/09

日本原子力研究所と文部省高エネルギー加速器研究機構は、大強度陽子加速器を用いた科学技術の総合的展開を図るため、各々の「中性子科学研究計画」と「大型ハドロン計画」を統合することで施設の最適化を図り、計画の早期実現を目指すことで合意し、建設に向けての作業を進めている。以下に、統合への経緯、各々の計画の概要、統合計画の内容、統合の意義、展開される研究などについて、原研の「中性子科学研究計画」を中心に述べる。

冷減速材内流動特性の研究,2; 流動パターン測定・解析と冷減速材容器内熱流動解析

麻生 智一; 神永 雅紀; 寺田 敦彦; 日野 竜太郎

JAERI-Tech 99-049, 45 Pages, 1999/06

JAERI-Tech-99-049.pdf:2.62MB

原研で開発中のMW規模の核破砕ターゲットシステムにおいて、超臨界水素を用いる冷減速材は中性子性能に直接影響する重要な機器である。冷減速材容器内における水素温度の上昇が中性子収率に影響するため、再循環流や停滞流などホットスポットの発生要因を抑制して円滑な流動を実現する必要がある。冷減速材容器の概念設計に反映するため、簡易モデル試験体を用いて入口噴流管による衝突噴流とその随伴流の流動パターンを水流動条件下で測定した。入口噴流管の位置が底面より10mm以上で噴流速度が1m/s以上では再循環流領域の高さは約50mmであり、STAR-CDによる流動解析結果はこの流動パターンをよく再現した。この結果をもとに実機用冷減速材容器内の予備的な熱流動解析を行い、水素の局所的な温度上昇を3K以内に抑制するための流動条件を明らかにした。

System design of a proton linac for the neutron science project at Japan Atomic Energy Research Institute

長谷川 和男; 水本 元治; 大内 伸夫; 本田 陽一郎*; 伊野 浩史*

Journal of Nuclear Science and Technology, 36(5), p.451 - 458, 1999/05

https://doi.org/10.3327/jnst.36.451

原研では中性子科学研究計画を提案している。この計画はエネルギー1.5GeV、平均ビームパワーで8MWまでのパルスと連続(CW)の陽子ビームを必要とする。本論文では、この計画に用いるリニアック設計の考え方とパラメータについて述べる。初段加速部は常伝導加速構造であるRFQ,DTL,SDTLから構成され、高エネルギー加速部には超伝導構造を採用した。リニアックはパルス用とCW用の2本の入射ラインを持ち、これらは7MeVで合流する。全長は約900mでほとんど(75%以上)は超伝導部分である。エミッタンス増加の低減をねらう新しい考え方であるEquipartitioningの手法を、DTL,SDTL並びに超伝導加速部の設計に適用した。従来の定位相進みに基づく設計と比較し、縦方向エミッタンス増加を抑えることに特に有効であることを示した。

An RF input coupler for a superconducting single cell cavity

B.Fechner*; 大内 伸夫; F.Krawczyk*; 草野 譲一; 水本 元治; 椋木 健*

JAERI-Research 99-018, 51 Pages, 1999/03

JAERI-Research-99-018.pdf:2.92MB

原研では、中性子科学研究計画用の大強度陽子加速器の開発を進めており、その高エネルギー加速部用超伝導加速空胴の設計・開発を行っている。超伝導加速空胴用のRF入力カプラの設計においては、カプラ形状やその取り付け位置に応じて結合度もしくは外部Q値(Qext)を評価することが必要である。本研究では、電磁場解析コードMAFIAを用いてQextの評価を行い、測定結果と比較して計算の妥当性の検証を行った。空胴として、(粒子の速度と光速の比)=0.5単セル空胴を対象とし、軸対称カプラとビームパイプ取付型サイドカプラの両者について計算、測定を行った。計算値と測定値との一致は良好であり、本計算手法の妥当性が確認された。

Recent progress of nucleon-meson transport code development at JAERI

高田 弘

Mathematics and Computation, Reactor Physics and Environmental Analysis in Nuclear Applications, 2, p.929 - 938, 1999/00

原研の中性子科学研究計画における標準核設計ツール整備の一環として、核子・中間子輸送コードNMTC/JAERI97の核反応計算部及び輸送計算部の両方について改良を行った。核反応計算については、アイソバー共鳴モデル、ストリングモデル及び摂動QCDモデルに基づく原子核反応計算モデル(JAM)を組み込んで、適用エネルギー範囲を従来の3.5GeVから200GeVに拡張した。24GeV陽子を入射した厚い水銀ターゲットの円筒側面におけるBi(n,4n)Bi反応率分布について、計算結果は実験値とおおむね良く一致し、その実用性が確認できた。輸送計算部については、20~100MeV領域の中性子微分弾性散乱断面積データを光学ポテンシャルによる計算値に変更し、弾性散乱の後方成分を正確に考慮できるようにした。鉄などの遮蔽体における43及び68MeV準単色中性子の透過スペクトル測定実験の解析計算を行い、C/E値が従来よりも顕著に向上することを確認した。

A Study of the proton storage ring for the neutron science project at JAERI

金正 倫計; 野田 文章*; 草野 譲一; 水本 元治

Proc. of 1st Asian Particle Accelerator Conf. (APAC98), p.411 - 413, 1998/11

中性子科学研究計画(NSP)で提案されている中性子散乱実験では、短パルス(パルス照射幅1s)で、大強度(最大5MW)の中性子を生成する必要がある。線形加速器のみで短パルスで最大5MWもの大強度中性子ビームを発生させることは不可能であるので、線形加速器で加速されたいくつもの短パルスビームを大強度になるまで蓄積リングが必要となる。現在、線形加速器から蓄積リングへのビーム入射方法、ビーム蓄積、及びビーム取り出しなどについての検討を進めている。この会議では、これまでの検討結果を報告する。

R&D activities for superconducting proton linac at JAERI

大内 伸夫; 草野 譲一; 赤岡 伸雄*; B.Fechner*; 長谷川 和男; 竹内 末広; 水本 元治; 斎藤 健治*; 野口 修一*; 小野 正明*; et al.

Proc. of 1st Asian Particle Accelerator Conf. (APAC98), p.77 - 79, 1998/11

原研では、中性子科学研究計画用大強度陽子加速器のための超伝導加速空胴の開発をKEKと共同で進めている。その第一段階として、=0.5単セル空胴を2個試作し、その性能を試験した。空胴の機械加工は、プレス成形、トリム、電子ビーム溶接の工程で行った。機械加工後に、バレル研磨、電解研磨、熱処理、高圧水洗浄からなる表面処理を行い、原研テストスタンドにおいて空胴性能試験を行った。試験では、最大表面電場強度44MV/mを達成し、設計値16MV/mを大幅に上回る良好な結果を得た。また、大気圧荷重及びローレンツ力による共振周波数変化の測定も行い、計算値と一致する結果を得た。

High intensity proton accelerator for neutron science project at JAERI

赤岡 伸雄*; 千代 悦司*; 長谷川 和男; 本田 陽一郎*; 伊野 浩史*; 金子 広志*; 金正 倫計; 草野 譲一; 水本 元治; 椋木 健*; et al.

Proceedings of 6th European Particle Accelerator Conference (EPAC98) (CD-ROM), 2 Pages, 1998/09

原研では核破砕中性子源を用いた基礎研究及び消滅処理等の工学試験を目的として中性子科学研究計画を提案している。この計画では、加速エネルギー1.5GeV、ビーム出力8MWの大強度陽子加速器の開発が必要とされる。現在、加速器の概念設計を進めるとともに、入射部を構成する高輝度負イオン源、高周波四重極リニアック(RFQ)、ドリフトチューブリニアック(DTL)、高周波源の要素技術開発と、高エネルギー加速部を構成する超伝導加速空洞について試作試験を進めている。本発表では、中性子科学研究計画の概要、大強度陽子加速器の基本構成、システム検討の結果、要素技術開発の現状を報告する。