液体金属リチウムの高速自由表面流の磁場による安定化研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13480135
• Research Institution: OSAKA UNIVERSITY
• Principal Investigator: 堀池 寛 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20252611)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮本 斉児 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (50294046) ; 井上 正二 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10203233) ; 飯田 敏行 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60115988) ; 左藤 文信 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40332746)
• Keywords: IFMIF / 液体金属リチウム / 自由表面流 / 外部磁場 / 乱流抑制 / 安定性

Research Abstract

本研究は平成12年度より実施している国際核融合材料照射施設計画IFMIFのターゲット研究のための自由表面リチウム流れの実験的な研究に合わせた研究で、IFMIFのR&Dではそのスコープに含まれていない磁場などを含め外部から流れの安定性の向上を実験的に研究することを目的としていた。IFMIF計画では流れを遠心力にて安定化する計画であるが、磁場による乱流抑制効果は大きく、簡単な磁場により流れの安定化を研究することは後々の設計の裕度を増すことができる。
まず自由表面リチウム流の実験装置の設計と製作に合わせて磁場印加用の空心コイルを設計し磁場用電源を整備した。また実験時に流れの安定性を確認する計測装置を整備し、流路下部に超音波発信子を設置し表面からのエコーを測定して流れ表面の安定性を調べる装置を計画し、その設計と整備を進めた。また流れの上部より機械式およびレーザー波面計を整備し実験を進めた。また流れの安定性に及ぼす磁場の効果を評価検討し、凡その必要磁場を見積もった。
これらの検討結果に基づき実験研究を進め、アルゴン雰囲気下で最高流速13.6m/secの自由表面流れを生成した。また0.029MPaで8.5m/sec,0.00MPaにて4.3m/sの安定な流れを生成することに成功した。その波面の安定性を目視観察した。また波面揺動はビデオおよび高速ビデオ画像として記録し解析の結果、波動の周波数はランダムであり特異な波動周波数はない、即ち特別な不安定波は認められないこと、波面の相互相関より表面波の速度を観測することができるなどを見出すことが出来た。これらより本研究にて所定の成果を上げることができ、その成果は今後の国際核融合材料照射施設IFMIFの設計研究に反映される。

Research Products

• [Publications] M.Ida, H.Horiike, M.Akiba, K.Ezato, T.Ida, S.Inoue 他: "Water Jet Flow Simulation and Lithium Free Surface Flow Experiments for the IFMIF Target"Journal of Nuclear Materials. 307-311. 1686-1690 (2002)
• [Publications] H.Nakamura, B.Riccardi, K.Ara, L.Burgazzi, H.Horiike 他: "Latest Liquid Lithium Target Design During the Key Element Technology Phase in the International Fusion Materials Irradiation Facility (IFMIF)"Fusion Engineering and Design. (発表予定). (2003)