大強度2次ビームラインの耐熱システムの開発

Research Project

Project/Area Number	15740166
Research Category	Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Research Field	Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
Research Institution	High Energy Accelerator Research Organization (2004) The High Energy Accelerator Research Organization (2003)
Principal Investigator	高橋仁大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助手 (60353372)
Project Period (FY)	2003 – 2004
Project Status	Completed (Fiscal Year 2004)
Budget Amount *help	¥3,800,000 (Direct Cost: ¥3,800,000) Fiscal Year 2004: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000) Fiscal Year 2003: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Keywords	大強度陽子加速器 / 2次ビームライン / 電磁石 / コリメータ / 真空槽
Research Abstract	標的からの大量の2次粒子による発熱から磁石を守るために設置するコリメータについて、ビーム照射時に発生する熱応力を計算した。コリメータのサイズや分割方法などいろいろ変えてみたが、いずれの場合においても、50GeV、750kWのビームパワーに対して銅の持つ耐力以上の熱応力が発生し、破壊の危険性があることが分かった。そこで、銅の数倍の耐力を持つクロム・ジルコニウム・銅合金をコリメータ材として使用することを考えた。その合金の熱伝導率、ヤング率、応力・歪み曲線等の物性の温度依存性を測定し、その結果を用いた有限要素計算により、発生する熱応力が合金の許容応力以下に抑えられることを確かめた。また、同じく2次粒子によるビームダクトの発熱を避けるため、磁石の内側に真空ダクトを通す代わりに大型の真空槽の中に電磁石を設置するシステムを前年度に考案したが、その真空槽内に入れられる鉄の放射線遮蔽ブロックや電磁石の鉄芯を水冷により除熱する効率を調べた。特に遮蔽ブロックについては、隣のブロックとの間に隙間ができないように冷却する必要があるが、その具体的な方法としてブロックに溝を掘ってステンレス配管を接合することを考案し、実際にはんだ、銀ロウ、溶接など複数の接合方法によるテストピースを用意して、それぞれの熱伝達率を測定した。その結果、最も接合の容易な点付け溶接では満足な熱伝達率が得られなかったが、それ以外の接合方法では十分な冷却効率が得られることが分かった。