中性子散乱施設用液体金属ターゲットの構造評価,4; ターゲット容器ウィンドウ部の破壊力学的考察

石倉 修一*; 粉川 広行; 二川 正敏; 菊地 賢司; 羽賀 勝洋; 神永 雅紀; 日野 竜太郎

JAERI-Tech 2003-093, 55 Pages, 2004/01

JAERI-Tech-2003-093.pdf:5.41MB

中性子散乱施設用液体金属(水銀)ターゲットの開発における工学的課題を明らかにするために、3GeV/1MWのパルス状陽子ビームがクロスフロー型液体金属ターゲットに入射するときの定常熱応力と動的熱衝撃解析を行った。解析モデルは、実機構造を模擬した半円筒ウィンドウ型と平板ウィンドウ型の2種類の構造を対象とし、NMTC/JAMによる核破砕発熱計算結果をもとに、衝撃解析コードLS-DYNAを用いて解析した。その結果、動的熱衝撃により発生する応力は、最も厳しい環境にあるウィンドウ中心部で半円筒型よりも平板型の方が構造設計上有利であり、応力分類として2次応力的な性質を持つことがわかった。また、ターゲット主要部に発生する応力は曲げ応力,疲労強度ともにJISの基準を満足していることがわかった。ウィンドウ内面で水銀が負圧になりキャビテーションが発生し、ターゲット容器に損傷を与えることが実験により確認されたため、生成するピットとピット先端のき裂を対象に破壊力学的観点から評価した結果、ウィンドウ先端部では定常熱応力により圧縮応力場にあり、き裂は進展しないことがわかった。また、水銀ターゲットを設計するにあたり、今後必要となるキャビテーションの評価手法について整理した。

Initial free surface instabilities on a high speed water jet simulating a liquid-metal target

伊藤 和宏*; 辻 義之*; 中村 秀夫; 久木田 豊*

Fusion Technology, 36(1), p.69 - 84, 1999/07

国際核融合材料照射施設(IFMIF)の液体金属ターゲットを模擬した、高速の板状水ジェット流(3.5~20m/s)の自由界面に生じる微小な界面波の特性に関する実験を行った。特に、水面にレーザー光を入射させ、屈折後のレーザー光の高速変動を2次元の光位置センサで捉えることで、従来困難であった波形計測を初めて行った。その結果、上流ノズル内壁上に形成される境界層の性状と厚さが、吹き出し後のジェット水流に生じる界面波の成長に、強い影響を与えることがわかった。波の卓越周波数は、ノズル出口でのレーザー流速計による境界層の計測結果に基づく線形安定理論の予測と良く合うことを確認した。