1MW核破砕中性子源における陽子ビーム窓の構造設計検討

寺奥 拓史*; 寺田 敦彦*; 前川 藤夫; 明午 伸一郎; 神永 雅紀; 石倉 修一*; 日野 竜太郎

JAERI-Tech 2003-026, 77 Pages, 2003/03

JAERI-Tech-2003-026.pdf:19.78MB

原研とKEKが共同で推進している大強度陽子加速器計画(J-PARK)では、物質・生命科学研究の展開を図るため、1-MWの核破砕中性子源を建設する。陽子ビームは陽子ビーム窓を通過し、中性子源ターゲットに入射する。この陽子ビーム窓は、陽子ビームラインの高真空領域とターゲットやモデレータを格納しているヘリウムベッセル内のほぼ大気圧のヘリウム雰囲気との境界壁となる。陽子ビームとの反応で窓材料は高密度の熱を発生するため、陽子ビーム窓は軽水で冷却される。したがって、過大な熱応力や冷却水沸騰の要因となるホットスポットが発生しないように窓部における均一な流量配分を実現し、冷却水の内圧応力や発熱による熱応力に対する十分な構造強度を満足する必要がある。本報では、製作性に優れた平板型構造及び応力的に有利な曲面型構造の陽子ビーム窓を提案し、設計検討の一環として構造強度評価及び熱流動解析評価を行った。その結果、窓部では均一な冷却水の流動により十分な除熱性能が確保でき、また内部の冷却水圧力による応力及び熱応力を許容応力値以下に抑えることができたため、現設計で陽子ビーム窓として成立することを確認した。

Development of cold source moderator structure

麻生 智一; 石倉 修一*; 寺田 敦彦*; 勅使河原 誠; 渡辺 昇; 日野 竜太郎

Proceedings of 7th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-7) (CD-ROM), 10 Pages, 1999/04

中性子科学研究計画では、5MW陽子ビームとターゲットとの核破砕反応で発生した大強度中性子を実験に応じたエネルギーレベルに減速する高効率の減速材の開発が極めて重要である。特に、超臨界水素を用いる冷減速材容器は、扁平、薄肉構造とし、1.5MPa,20Kの条件に耐え、かつ、水素温度の上昇を3K以内に抑制する必要がある。構造強度解析から容器には112MPaの応力が発生し、流動実験及び解析から水素温度を局所的に上昇させる再循環流の発生が顕著なことを確認した。これらの結果を踏まえて、微小フレーム構造等で強度を確保し、旋回流や吹出し流で再循環流の発生を抑制する冷減速材容器構造を提案した。

多目的高温ガス実験炉冷却系システムの検討

田所 啓弘; 江崎 正弘; 鈴木 勝男; 瀬谷 東光

JAERI-M 82-043, 44 Pages, 1982/05

JAERI-M-82-043.pdf:1.16MB

本報告書は第1次概念設計における冷却系のシステム上の問題について検討した結果をまとめたものである。平常運転時に対しては、中間熱交換器や蒸気発生器の伝熱面積余裕による2次冷却系高温側ヘリウム温度の上昇を調節できる冷却系統改良案をいくつか立案した。そのなかで性能、経済性、安全性の面から総合評価した結果、蒸気発生器に新たにバイパスノズルを取り付ける方式が最も高く評価された。事故時に対しては、主冷却系から補助冷却系への切換えに伴なう関連機器の熱衝撃に関して温度挙動解析を行ない、冷却材温度変化の大きい箇所は単管ミキサ部であることが分かった。また単管ミキサ部の発生応力は構造強度解析の結果から十分に許容できる応力であることが判明した。以上の2項目の調整を経て、平常時及び事故時に求められる冷却機能を満足する冷却系等が可能になった。