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液体キセノン用パルス管冷凍機の高冷凍能力化・高効率化の研究

Research Project

Project/Area Number 20025009
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionHigh Energy Accelerator Research Organization

Principal Investigator

春山 富義  High Energy Accelerator Research Organization, 素粒子原子核研究所, 教授 (90181031)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 笠見 勝祐  , 素粒子原子核研究所, 技師 (50391727)
Project Period (FY) 2008 – 2009
Project Status Completed (Fiscal Year 2009)
Budget Amount *help
¥4,400,000 (Direct Cost: ¥4,400,000)
Fiscal Year 2009: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
Fiscal Year 2008: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000)
Keywords熱工学 / 流体工学 / 小型冷凍機 / 液体キセノン / パルス管
Research Abstract

本研究は素粒子実験や医療用PET(陽電子放出断層解析)等において高感度γ線検出媒体となる低温液体キセノンの冷却を行う小型パルス管冷凍機の高冷凍能力化、高効率化に関するものである。
比較的高い温度(~165K)の低温を発生させる小型冷凍機の冷凍能力の高度化と高効率化の研究を目指し、これまでに開発した液体キセノン用パルス管冷凍機における損失の改善を図った。
具体的にはこれまでに開発した200W@165Kの冷凍機をべ一スにして、冷凍能力、効率をさらに向上させることを目的とし、このため流体流れの均質化、流体の位相制御、圧力波形の制御を中心に実験を行い、それぞれの損失改善に及ぼす影響を実験的に解明した。
・パルス管、蓄冷器内の損失の実験的解明と改善
(1) パルス管内流体流れの均質化
パルス管高温部に複数のガス流路を追加することにより流体流路の平均化を促進、その効果を実験により検証した。
(2) 蓄冷器損失の低減 蓄冷器メッシュ、寸法の検討:圧力損失に関係するメッシュサイズ、蓄冷器寸法をパラメータとして、冷凍能力によって効果を検証した。
(3) 冷凍サイクル用圧力波を作り出すタイミングの最適化
現在のPC150冷凍機の圧力波形から、仮想PV法シミュレーションにより、ロータリーバルブの開閉タイミングの最適化を計算した。ロータリーバルブの開口部パターンを変えることによって、パルス管冷凍機に送り込む高圧、低圧の切り替えタイミングを調整し、冷凍機としての低損失化、冷凍性能への影響を実証した。

Report

(2 results)
  • 2009 Annual Research Report
  • 2008 Annual Research Report
  • Research Products

    (4 results)

All 2010 2009

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (3 results)

  • [Journal Article] Experimental study on cooling performance of coaxial pulse tube cryocooler for liquid xenon detector2010

    • Author(s)
      T.Haruyama
    • Journal Title

      Advances in Cryogenic Engineering Vol.55(in printing)

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 小型冷凍機による液体Xe検出器冷却技術の進展2010

    • Author(s)
      春山富義
    • Organizer
      日本物理学会第65回年次大会(企画講演・招待)
    • Place of Presentation
      岡山市
    • Year and Date
      2010-03-20
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] Long-term operation of pulse tube cryocooler-assisted system for liquidxenon particle detector2009

    • Author(s)
      春山富義
    • Organizer
      ACASC2009
    • Place of Presentation
      松江市
    • Year and Date
      2009-12-07
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] 液体キセノン検出器用同軸型パルス管冷凍機の性能改善2009

    • Author(s)
      春山富義
    • Organizer
      第81回 2009年度秋季低温工学・超電導学会
    • Place of Presentation
      岡山市
    • Year and Date
      2009-11-18
    • Related Report
      2009 Annual Research Report

URL: 

Published: 2008-04-01   Modified: 2018-03-28  

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