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平成19年5月15日 J-PARCセンター |
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液体金属中の気泡生成崩壊過程の可視化と、容器内表面の高耐損傷処理に成功 −J-PARCの高出力化開発にメド− |
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●ポイント 中性子を発生させる際に水銀ターゲット１)内に生ずる圧力波相当の衝撃圧で発生する特殊な水銀気泡の生成崩壊挙動の可視化に世界で初めて成功するとともに（補足資料１）、この気泡の崩壊に対する水銀ターゲット容器の耐損傷性を向上できる新表面処理技術を開発しました。 本表面処理技術は、自動車、産業機械、船舶及び原子力機器等の耐食性と耐摩耗性が必要とされる摺動部品への適用が考えられています。 ●概要 独立行政法人日本原子力研究開発機構（理事長 岡撫r雄 以下「原子力機構」という）と大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構（機構長 鈴木厚人）の共同運営組織であるJ-PARCセンター（センター長 永宮正治）では、大強度陽子加速器施設（J-PARC）2) の建設及び運営を進めています。J-PARCでは、従来の約６倍以上の強度を持つ中性子ビーム3)を発生させて、多岐にわたる中性子利用実験を実施する予定です。そのため、原子力機構では、中性子源の高度化に係る技術開発を進めています。 中性子源ターゲットの材質には液体水銀の使用が予定されています。中性子を発生させるため、光速に近い速度の陽子を中性子源（液体水銀）ターゲットに衝突させると、衝突部分と周囲の温度差から生じる圧力波が水銀内に誘発されます。 この圧力波の衝撃的な荷重が水銀ターゲット容器の内表面に負荷を生じさせるとともに、水銀気泡の生成崩壊による急激な圧力変動が容器を破損させることが懸念されており（補足資料２）、世界的な中性子源の高出力化競争において、この現象の解明と対策が必須の課題となっていました。 今回、超高速度カメラ（島津製作所製HPV-1）により、圧力波で成長崩壊する水銀気泡の超高速連続映像化を実現し、損傷を形成する局所衝撃力の定量的な評価に、世界で初めて成功しました。この映像により、圧力波を受けた液体水銀内では、水銀蒸気からなる微小気泡が急速に成長した後、瞬時（数十マイクロ秒）で崩壊し、その過程でマイクロジェットと呼ばれる数十ミクロン径の水銀ジェットの噴射が生じるため、容器損傷の要因となることが解明されました。 また、今回の観察結果を踏まえた数値計算結果を基に、プラズマ浸炭と窒化処理技術４）を融合させ耐損傷性を向上した新表面加工処理技術（特許出願中）を新たに開発しました。これによりJ-PARCの物質・生命科学実験施設に設置される高出力中性子源水銀ターゲット容器が受ける損傷が顕在化するまでの衝撃パルスの回数を１桁延ばすことに成功しました（補足資料3）。 今回の水銀気泡の生成崩壊過程の可視化及び新表面加工処理技術の開発は、今後の中性子源の損傷抑制技術開発研究に大きく寄与できるものと期待されます。 なお、本研究成果は、７月にギリシャで開催される第13回実験力学国際会議にて発表予定です。 （用語解説） |
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| 以 上 |
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