Dependence of charge-exchange efficiency on cooling water temperature of a beam transport line

山本 風海; 畠山 衆一郎; Saha, P. K.; 守屋 克洋; 岡部 晃大; 吉本 政弘; 仲野谷 孝充; 藤来 洸裕; 山崎 良雄; 菅沼 和明

EPJ Techniques and Instrumentation (Internet), 8(1), p.9_1 - 9_9, 2021/07

https://doi.org/10.1140/epjti/s40485-021-00067-6

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)は最大1MWの高出力陽子ビームを中性子ターゲットに供給している。稼働率を向上し実験成果の最大化を図るために、RCSではさまざま運転パラメータの履歴を記録しているが、そのデータのうち入射効率と入射ビームラインの磁石を冷却している冷却水温度が同期していることを発見した。RCS入射時に、入射負水素(H)ビームは炭素薄膜を通過し陽子に変換されるので、入射効率が変動しているという事は陽子への変換効率が冷却水温度に依存していることを示している。ビーム形状,薄膜の条件等から、入射ビームのフォイルへの入射位置が0.072mm程度振動していて、それが磁石磁場の変動に換算して1.6310となることを求めた。この値は、単純に磁石が冷却水の温度変動に従って伸び縮みするとして評価した結果とファクタ程度で一致し、変換効率の変動の主要因は磁場変動であることが確認できた。

幌延深地層研究センターにおける掘削損傷領域の可視化手法の検討,2 (共同研究)

青柳 和平; Chen, Y.*; 石井 英一; 櫻井 彰孝; 宮良 信勝; 石田 毅*

JAEA-Research 2019-011, 50 Pages, 2020/03

JAEA-Research-2019-011.pdf:3.48MB

本研究では、坑道掘削により周辺岩盤に形成された掘削損傷領域の割れ目の可視化を行うことを目的とした。幌延深地層研究センターの地下350mに掘削した直径4mの試験坑道を対象として、紫外線照射により発光する蛍光剤を添加した樹脂を坑道周辺の岩盤に注入し、掘削損傷領域の割れ目を固定した。これにより、割れ目を可視化して観察することに成功した。注入孔周辺で試料を採取し、紫外線照射下で観察を行い、割れ目の連結性や開口幅を分析した。結果として、割れ目の最大発達範囲は、孔口から約0.9m、すなわち坑道壁面岩盤から約0.75mの範囲であった。また、孔口から0.4mまでの範囲では割れ目密度が高く、0.4m以深では割れ目の間隔が広くなることがわかった。さらに、割れ目の開口幅を測定した結果、孔口から近いほど割れ目の開口幅も大きいことがわかった。特に、孔口から0.3mまでの範囲では、樹脂が浸透した割れ目が多く観察され、開口幅が最大で1.02mmであった。一方、孔口から0.3m以深は、樹脂が浸透した割れ目が少なく、開口幅は最大で0.19mmであった。

Influence of Zn injection on PWSCC crack growth rates and oxide film properties of Alloy 600

知見 康弘; 佐藤 賢二*; 笠原 茂樹; 梅原 隆司*; 塙 悟史

Proceedings of Contribution of Materials Investigations and Operating Experience to Light Water NPPs' Safety, Performance and Reliability (FONTEVRAUD-9) (Internet), 10 Pages, 2018/09

一次系冷却水中での応力腐食割れ(PWSCC)進展挙動への亜鉛注入の影響を調べるため、加圧水型軽水炉(PWR)一次系水模擬環境での10%冷間加工600合金の亀裂進展試験を、320C、低濃度(510ppb)の亜鉛注入、溶存水素濃度(DH)5, 30、及び50cc/kgHOの条件下で実施した。その結果、亀裂進展速度のDH依存性が亜鉛注入なしの試験データに基づく亀裂進展速度の予測値と同様の傾向を示し、実機環境を模擬した低濃度亜鉛注入が亀裂進展挙動に及ぼす影響はほとんど見られなかった。そこで、亀裂進展試験後の試験片の亀裂内及び表面に生成した酸化皮膜の微細組織分析を実施したところ、試験片表面の酸化皮膜からは亜鉛が検出されたが、亀裂内に生成した酸化皮膜からは亜鉛が検出されなかった。このことから、亀裂先端部の酸化皮膜への亜鉛の取り込みがないことが亀裂進展挙動への亜鉛注入の影響が見られない原因であることがわかった。

Current status of the high intensity pulsed spallation neutron source at J-PARC

高田 弘

Plasma and Fusion Research (Internet), 13(Sp.1), p.2505013_1 - 2505013_8, 2018/03

http://www.jspf.or.jp/PFR/PFR_articles/pfr2018/pfr2018_13-2505013.html

大強度陽子加速器施設(J-PARC)のパルス核破砕中性子源は、以下に示す独自の特長を有するモデレータを用いて高強度かつ幅の狭いパルス状の冷中性子を供給している。独自の特長とは、(1)100%比率のパラ水素を用いることでピークが高くテイル成分の低い中性子パルスをつくる、(2)直径14cm、高さ12cmの円筒形状とすることで、50.8という広い取り出し角度範囲で高強度の中性子を利用できる、(3)銀-インジウム-カドミウム合金製の中性子吸収材を使用し、幅が狭く、テイル成分の低い中性子パルスをつくる、というものである。実際、低出力運転時の測定によって、1MWの運転時には、結合型モデレータで4.510n/cm/s/srの中性子束が得られ、ポイズン型モデレータを使用する中性子実験装置(BL08)ではd/d 0.035%の優れた分解能が得られることを確認した。ここで、dは結晶試料内のある方向の格子面と中性子の入射方向とのなす角度に垂直な方向の面間隔を意味する。1MWで年間5000時間の運転を行うという目標の達成に向けて、現在、微少気泡を水銀ターゲットに注入し、ターゲット容器に生じるキャビテーション損傷を抑制する技術開発やターゲット容器構造を溶接部やボルト接続をできるだけ減らす設計改良を行っている。

Data report of ROSA/LSTF experiment TR-LF-07; Loss-of-feedwater transient with primary feed-and-bleed operation

竹田 武司

JAEA-Data/Code 2016-004, 59 Pages, 2016/07

JAEA-Data-Code-2016-004.pdf:3.34MB

LSTFを用いた実験(実験番号: TR-LF-07)が1992年6月23日に行われた。TR-LF-07実験では、PWRの給水喪失事象を模擬した。このとき、一次系フィード・アンド・ブリード運転とともに、補助給水系の不作動を仮定した。また、蒸気発生器(SG)の二次側水位が3mまで低下した時点でSI信号を発信し、その後30分で加圧器(PZR)の逃し弁(PORV)開放による一次系減圧を開始した。さらに、SI信号発信後12秒でPZRの有るループの高圧注入系(HPI)の作動を開始し、一次系圧力が10.7MPaまで低下した時点でPZRの無いループのHPIの作動を開始した。一次系とSG二次側の圧力は、PZRのPORVとSGの逃し弁の周期的開閉によりほぼ一定に維持された。PORVの開放にしたがい、PZRの水位が大きく低下し始め、高温側配管では水位が形成した。HPIの作動により、PZRと高温側配管の水位は回復した。一次系圧力はSG二次側圧力を下回り、両ループの蓄圧注入系(ACC)が作動した。炉心露出が生じなかったことから、PORV, HPIおよびACCを用いた一次系フィード・アンド・ブリード運転は、炉心冷却に有効であった。本報告書は、TR-LF-07実験の手順、条件および実験で観察された主な結果をまとめたものである。

Numerical study for beam loss occurring for wide-ranging transverse injection painting and its mitigation scenario in the J-PARC 3-GeV RCS

發知 英明; 谷 教夫; 渡辺 泰広

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 778, p.102 - 114, 2015/04

https://doi.org/10.1016/j.nima.2014.12.095

J-PARC 3-GeV RCSでは、入射ビームを位相空間上の広い範囲に一様に分布させてビームの空間電荷密度を緩和させるペイント入射と呼ばれる入射方式を採用している。このペイント入射は、空間電荷由来のビーム損失を低減させるだけでなく、入射中のフォイル散乱由来のビーム損失を低減させる役割を担う。ペイント入射による十分なビーム損失低減を実現するには、ペイント範囲をより大きくとることが必要になるが、ペイント範囲を拡幅した際に別種のビーム損失が付加的に発生してしまうという課題を残している。本研究では、詳細な数値シミュレーションを行って、そのビーム損失が、入射バンプ電磁石のエッジ収束力によるベータ関数の周期性変調によって生じる共鳴現象に起因していることを明らかにするとともに、6台の四極電磁石を用いたベータ関数変調の補正手法を考案して、実際の機器設計を行った。本論文では、ペイント範囲を拡幅するために必要となる補正機器の導入を目指して行った一連の数値シミュレーションを紹介・解説する。

Design of the shift bump magnets for the beam injection of the 3-GeV RCS in J-PARC

高柳 智弘; 神谷 潤一郎; 渡辺 真朗; 植野 智晶*; 山崎 良成; 入江 吉郎; 木代 純逸; 酒井 泉*; 川久保 忠通*; 唐司 茂樹*; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 16(2), p.1366 - 1369, 2006/06

https://doi.org/10.1109/TASC.2006.870515

J-PARC 3-GeV RCSにおける入射システムは、4台の水平シフトバンプ電磁石を用いて、周回ビームと入射ビームを合流する。その水平シフトバンプ電磁石の設計を3次元磁場解析により行った。本論文では、その結果について報告する。

Performance of the LH antenna with carbon grill in JT-60U

関 正美; 森山 伸一; 篠崎 信一; 長谷川 浩一; 平内 慎一; 横倉 賢治; 下野 貢; 寺門 正之; 藤井 常幸

Fusion Engineering and Design, 74(1-4), p.273 - 277, 2005/11

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2005.06.002

LHアンテナはJT-60Uでの電流駆動実験等に対して貢献してきたが、LHアンテナ開口部は熱負荷でダメージを受け、入射パワーは年々低下してきた。入射パワーを回復するために、世界的にも初めての試みとなるLHアンテナ開口部に炭素製グリルを取付ける改造をした。炭素材は高耐熱性を持ち、かつプラズマの閉じ込め性能劣化させない低Z材である。炭素製グリルは、ベースフレームと高周波接触子それに炭素製先端部から成る。ベースフレームは既設のLHアンテナ開口部へ溶接され、高周波接触子はベースフレームと炭素製先端部の間の電気接触を改善する。先端部はグラファイトあるいは炭素繊維材から作られ、交換可能とするためボルトでベースフレームに取付けられるように工夫した。また実験実施後にグラファイトと炭素繊維材からできた先端部の性能を比較することができる。取付け工事の後、コンディショニングが順調に進捗し、プラズマの位置を制御することで良好な結合特性を実現し、高周波エネルギー最大約5MJのプラズマへの入射を達成した。さらに予想通りプラズマ電流を駆動していることを観測し、炭素製グリル付きLHアンテナの基本性能を確認した。

高温融体中への水ジェットの貫入と直接接触沸騰に関する研究

柴本 泰照

JAERI-Research 2005-016, 127 Pages, 2005/08

JAERI-Research-2005-016.pdf:4.54MB

高温の融体の表面に注がれる水の沸騰は、融体中に水が侵入することで伝熱面積が拡大することとあいまって、高効率の熱伝達を提供する。本研究は、融体中に水が強制注入される場合(冷却材注入モード)について、融体と水との間の力学的・熱的相互作用を支配する現象を解明し、将来の工業上の応用に資することを目的としている。同現象は冷却材注入モード以外の他の燃料-冷却材相互作用(FCI)の結果として生じることも指摘されており、FCI素過程の解明に資することも期待できる。本研究では、実験的なアプローチとして、高速度撮影中性子ラジオグラフィ並びに新たに開発したプローブを採用し、融体-水-蒸気混相流の可視化と計測を行った。このような手段によっても、実験的に得られる情報には依然として限界があるが、関連現象から得られる知見との比較を含め、実験データの詳細な分析を行った。その結果、本現象の特徴である高効率な熱伝達を安定に達成させる条件について、安定性を支配する因子を明らかにし、その成立条件を示すことに成功した。さらに、本現象のような流体自由表面の移動を伴う現象の解明に有用な、界面付近の速度場・圧力場を界面形状の時間変化から算出する方法を開発した。

Design of the pulse bending magnets for the injection system of the 3-GeV RCS in J-PARC

高柳 智弘; 入江 吉郎; 神谷 潤一郎; 渡辺 真朗; 渡辺 泰広; 植野 智晶*; 野田 文章*; Saha, P. K.; 酒井 泉*; 川久保 忠通*

Proceedings of 2005 Particle Accelerator Conference (PAC '05) (CD-ROM), p.1048 - 1050, 2005/00

J-PARCにおける3-GeV RCSの入射システム用パルス電磁石の設計を行った。入射システムは、入射用バンプ軌道を形成する水平シフトバンプ電磁石4台、ペインティング入射に使用する水平ペイントバンプ電磁石4台、及び、垂直ペイント電磁石2台で成り立っている。入射エネルギーは400MeVで、ビームエネルギーは1MWに達する。運転は25Hzで行う。水平シフトバンプ電磁石の位置における入射ビーム,ペインティングビーム、及び、周回ビームを含むビームの通過エリアは、横388mm,縦242mmと非常に広範囲を占める。そのため、水平シフトバンプ電磁石は非常に大きなギャップを必要とし、また、ビームロスを小さくするために磁場精度が要求される。そこで、3次元磁場解析により、0.26Tの磁場で0.4%以下の有効磁場領域を達成し得る設計を行った。