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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

研究課題

研究課題/領域番号 20025009
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構

研究代表者

春山 富義  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, 教授 (90181031)

研究分担者 笠見 勝祐  , 素粒子原子核研究所, 技師 (50391727)
研究期間 (年度) 2008 – 2009
研究課題ステータス 完了 (2009年度)
配分額 *注記
4,400千円 (直接経費: 4,400千円)
2009年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
2008年度: 2,400千円 (直接経費: 2,400千円)
キーワード熱工学 / 流体工学 / 小型冷凍機 / 液体キセノン / パルス管
研究概要

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。

報告書

(2件)
  • 2009 実績報告書
  • 2008 実績報告書
  • 研究成果

    (4件)

すべて 2010 2009

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] Experimental study on cooling performance of coaxial pulse tube cryocooler for liquid xenon detector2010

    • 著者名/発表者名
      T.Haruyama
    • 雑誌名

      Advances in Cryogenic Engineering Vol.55(in printing)

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 小型冷凍機による液体Xe検出器冷却技術の進展2010

    • 著者名/発表者名
      春山富義
    • 学会等名
      日本物理学会第65回年次大会(企画講演・招待)
    • 発表場所
      岡山市
    • 年月日
      2010-03-20
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Long-term operation of pulse tube cryocooler-assisted system for liquidxenon particle detector2009

    • 著者名/発表者名
      春山富義
    • 学会等名
      ACASC2009
    • 発表場所
      松江市
    • 年月日
      2009-12-07
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      春山富義
    • 学会等名
      第81回 2009年度秋季低温工学・超電導学会
    • 発表場所
      岡山市
    • 年月日
      2009-11-18
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書

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公開日: 2008-04-01   更新日: 2018-03-28  

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