Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
佐藤 博; 麻生 智一; 粉川 広行; 勅使河原 誠; 日野 竜太郎
JAERI-Tech 2004-018, 23 Pages, 2004/03
JAERI-Tech-2004-018.pdf:2.42MB
日本原子力研究所と高エネルギー加速器研究機構が共同で建設を進めているMW級核破砕中性子源において、液体水素を用いる冷減速材は中性子強度やパルス特性などの中性子性能を規定する重要な機器である。減速材容器内の水素温度上昇は、中性子特性を敏感に変化させるため、ホットスポットの原因となる容器内の再循環流域や流れの停滞域の抑制が重要な設計要件となる。設置される3台の冷減速材のうちポイズン付き冷減速材は、容器内にポイズン板を置くため最も停滞域を生じやすい。そこで、基本となる容器内構造を提案し、汎用3次元熱流体解析コードSTAR-CDを用いて熱流動解析を行った。その結果、容器底部において、ポイズン板との間に5mm程度の隙間を設けることで再循環流域や流れの停滞域を抑制して、局所的な温度上昇を設計要求値以下に抑えられることを確認した。
麻生 智一; 神永 雅紀; 寺田 敦彦*; 日野 竜太郎
日本原子力学会誌, 43(11), p.1149 - 1158, 2001/11
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)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性能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、冷減速材容器の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。そこで、冷減速材容器の概念設計に反映するため、冷減速材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PIVシステムにより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流などの流動パターンを明らかにし、併行して実施した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容器内の熱流動解析を行い、2MW運転時において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。
麻生 智一; 神永 雅紀; 寺田 敦彦*; 日野 竜太郎
JAERI-Tech 2001-051, 22 Pages, 2001/08
JAERI-Tech-2001-051.pdf:4.51MB
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では、中性子性能の向上を目指して、液体水素冷減速材の周りには薄肉構造のアルミ合金製の軽水冷却型プレモデレータを設置する。このプレモデレータは、核破砕中性子源となるターゲット間近に設置する必要があり、核発熱を効果的に除去するために流れの停滞等のない平滑な軽水循環が不可欠である。また、軽水内圧に対して薄肉構造の健全性を確保する必要がある。予備的な熱流動解析を行った結果、円滑な流動を実現して、内部での軽水温度上昇を1
以下に抑制できる見通しを得た。これにより、所定の中性子性能を確保できるものと考えられる。また、構造健全性については、構造強度解析結果をもとにして、アルミ合金の許容応力条件を満たすための方策を提案した。
Islam, M. S.*; 寺田 敦彦*; 木下 秀孝; 日野 竜太郎; 門出 政則*
JAERI-Tech 2001-044, 49 Pages, 2001/07
JAERI-Tech-2001-044.pdf:2.49MB
十分に発達した乱流域での水の熱伝達と圧力損失特性について高さ1.2mmの狭隘矩形流路内で2次元的に解析を行った。流路形状や流動条件は核破砕ターゲットシステムにおける陽子ビーム窓や固体ターゲット模擬した。解析は高レイノルズ数モデルの標準
モデルとRNGモデルを用い、壁関数を利用してレイノルズ数(Re)が7,000~22,000の範囲で行った。熱伝達特性に関しては標準モデルで得られたヌセルト数がDittus-Boelterの式とよく一致した。しかし、摩擦係数に関してはリブのついた管における値を再現しなかった。また、二つの乱流モデルで計算される摩擦係数に大きな違いはなく、ブラジウスの式の値とよく一致した。
麻生 智一; 神永 雅紀; 寺田 敦彦*; 日野 竜太郎
JAERI-Conf 2001-002, p.893 - 903, 2001/03
MW規模の核破砕ターゲットシステム開発において、超臨界水素を用いる冷減速材は世界最高の中性子性能を目指しており、この性能に影響を及ぼす局所的な水素温度の上昇を抑制する必要がある。冷減速材容器を実寸大で模擬したアクリル製試験体使用し、水流動条件下で実施した可視化実験及び流動解析の結果、PIVシステムで測定された流動パターンと解析結果とがよく一致し、容器内部の流動状況を把握することができた。温度分布解析結果からは、容器中央部の入口管周りの流れの停滞域で局所的な温度上昇が発生することがわかった。この温度上昇の原因となる流れの停滞域を抑制するため、入口管からの吹き出し流の効果を可視化実験及び解析で同様に確認したところ、吹き出し流によって再循環流領域を大幅に縮小できることがわかり、流れの停滞域を抑制できる見通しを得た。
麻生 智一; 神永 雅紀; 寺田 敦彦*; 日野 竜太郎
可視化情報学会誌, 20(Suppl.2), p.175 - 178, 2000/10
原研で進めているMW規模の核破砕ターゲットシステムにおいて、減速材は中性子性能を左右する重要な機器である。特に、超臨界水素を用いる冷減速材は世界最高の中性子性能を目指しており、この性能に影響を及ぼす局所的な水素温度の上昇を抑制する必要がある。STAR-CDコードによる温度分布解析結果から、容器中央部の入口管周りの流れの停滞域で局所的な温度上昇が発生することがわかった。この温度上昇の原因となる流れの停滞域を抑制するため、入口管からの吹き出し流の効果を可視化情報で確認した。実験は、冷減速材容器を実寸大で模擬したアクリル製試験体使用して水流動条件下で実施した。流動パターンをPIVシステムで測定し、解析結果と比較した。実験及び解析結果から、吹き出し流によって再循環流領域を大幅に縮小できることがわかり、流れの停滞域を抑制できる見通しを得た。
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。
麻生 智一; 神永 雅紀; 寺田 敦彦*; 石倉 修一*; 日野 竜太郎
JAERI-Tech 2000-011, p.23 - 0, 2000/02
JAERI-Tech-2000-011.pdf:1.79MB
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の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、冷減速材容器の設計では再循環流や停滞流の発生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。また、1.5MPa,20Kの超臨界水素条件の下で減速材容器の構造強度を維持する必要がある。冷減速材容器の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結果、STAR-CDコードによる流動解析結果の流動パターンとよく一致した。また、冷減速材容器の薄肉構造における技術的な課題を明らかにするため、予備的な構造強度解析を行った結果、容器には112MPaの最大応力が生じることがわかった。
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
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。
木下 秀孝; 神永 雅紀; 日野 竜太郎
JAERI-Tech 98-061, 55 Pages, 1999/01
原研の中性子科学研究計画を推進するために、5MW核破砕ターゲットの設計を実用的な中性子性能と安全性の確保の観点から進めている。とくに安全性に関しては、ターゲットシステムの安全性の向上を目指してRELAP5を導入した。第1段階として、ポンプトリップや配管破断のような異常事象時におけるターゲットシステムの過渡挙動を、RELAP5にもともと組み込まれている水物性値を用いて解析を行った。ポンプトリップ時には、加熱部の急激な温度と圧力の上昇を防止するうえで、慣性力の大きいポンプが有効であること、また配管破断時には、破断孔径が1mmの場合には圧力降下や流出も緩やかであるが、完全破断の際には大きな圧力変動に伴い数秒で流出することが示された。これらの解析結果を基に、確証実験用のループ改造と、コードへの水銀物性値組み込みに着手した。
麻生 智一; 神永 雅紀; 寺田 敦彦*; 日野 竜太郎
可視化情報学会誌, 19(Suppl.2), p.127 - 130, 1999/00
原研で開発を進めている5MW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の中性子性能に直接影響する重要な構成要素である。特に冷減速材容器内における核発熱による水素温度の上昇が中性子収率に影響するため、冷減速材容器の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を抑制して円滑な流動を実現する必要がある。そこで、冷減速材容器内の流動で重要な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把握するため、減速材容器を模擬した扁平モデル試験体を製作してPIVにより水流動条件下で容器内の流動状況を明らかにした。また、並行してSTAR-CDコードによる流動解析を行い比較検討した。講演ではこれら実験結果及び解析結果について報告する。
明午 伸一郎; 大井 元貴; 藤森 寛*; 坂元 眞一*
no journal, ,
J-PARCの中性子源施設の水銀標的は、入射するビームの電流密度に依存し標的容器の照射損傷が進むため、施設の安定した運転には電流密度を抑えた運転が必要となる。通常の線形光学を用いたビーム制御技術では、ビーム幅の拡大により電流密度を低下できるが、ビーム形状を変更できなく常にガウス分布状となるため、ビームの拡大により標的周辺部の重大な放射化を引き起こすため、大強度ビーム運転の安定した運転にはビーム形状を変更できる技術が必要であった。磁場分布が3次関数となる八極電磁石を用いた非線形光学によるビーム整形により、ビーム形状を平坦な分布できることは知られているが、ビームロスが生じるため詳細な制御方法が必要となる、ビーム輸送計算を厳密に解くことにより、八極電磁石・標的間の位相差と規格化八極磁場強度の2つのパラメータにより、ビーム形状は一般化できることを明らかにし、最適となるパラメータ値を導出した。本成果より、大強度ビーム運転においてビームロスを発生させずに標的上の電流密度を既存に比べ約3割下げることに成功した。
明午 伸一郎
no journal, ,
J-PARCの大強度陽子ビーム輸送施設(3NBT)は、3GeVシンクロトロン加速器から出射した陽子ビームを物質・生命科学実験施設(MLF)に設置された中性子源施設およびミューオン施設に輸送し、二次ビームとなる中性子およびミューオンを利用者に供給している。日本物理学会において、3NBTで開発された大強度ビーム輸送に対応した機器の開発、および非線形ビーム光学に基づくビーム平坦化技術を紹介する。
