| 研究課題/領域番号 |
06808048
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
竹中 信幸 神戸大学, 工学部, 助教授 (50171658)
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| 研究分担者 |
浅野 等 神戸大学, 工学部, 助手 (10260647)
藤井 照重 神戸大学, 工学部, 教授 (70031143)
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| キーワード | 液体金属 / 磁場 / 核融合炉 / ブランケット / 流れの可視化 / 中性子ラジオグラフィ / トレーサ法 / ダイ注入法 |
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| 研究概要 |
磁場閉じ込め核融合炉のブランケット設計において、液体金属をブランケット材として使用することは良好な伝熱特性やトリチウムの増殖において多くの利点がある一方、電気伝導度が大きいためMHD損失が大きく単相流での除熱には多大なポンプ動力を要することが指摘され、種々の概念設計が提案されている。磁場下の液体金属の熱流動現象に関しては明らかにされていないことが多く、特に液体金属が可視光に不透明なことから流動に関する研究はほとんどない。磁場が印加されるとローレンツ力により流れが抑制され熱伝達も抑制されることが一般的であるが、ある条件下では自然対流や強制対流において磁場の印加により大きな温度変動が生じて熱伝達係数が磁場の無い時よりも大きくなるという興味深い実験結果が報告されているが流れの可視化が困難なため、その現象は明らかにされていない。
本研究では、このような磁場によって熱伝達が促進されるという従来の常識に反した現象を流れの可視化を行うことにより解明できるのではないかというものであり、実時間中性子ラジオグラフィーが液体金属の流れの可視化に最適であると考え研究を行った。実時間中性子ラジオグラフィーは、X線のかわりに中性子線を用いたレントゲン直接撮影と同様の可視化手法であり、中性子が多くの金属に対して透明で特定の元素に対して非常に不透明である性質を利用すれば、トレーサー法、ダイ法によって液体金属の流れを可視化することが可能であり、熱流動現象の解明が行える。
本研究では、中性子ラジオグラフィによって、液体金属の自然対流と磁場下の流れの可視化の試みを行い、以下の結果を得た。
1)鉛・ビスマス合金の自然対流をトレーサ法とダイ法により可視化できることを示した。
2)水平磁場下における鉛・ビスマスと気体の容器内二相流を可視化し、画像処理によるボイド率の測定とトレーサ法による流れの可視化を行った。2500ガウス程度の磁場ではボイド率分布にはあまり影響は見られなかったが流れは磁場により抑制され、中性子ラジオグラフィによって磁場下の液体金属の流動現象が可視化できることを示した。
3)容器内の鉛・ビスマス合金噴流に対してトレーサ法で流れを可視化し、トレーサ粒子が小さく画像処理において1画素程度の大きさであっても、相関法によって流れのベクトル場が求められることを示した。
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