Development of the production target made of tungsten by a 3D printer

利用 3D 打印机开发钨制生产靶材

• 批准号: 21K03609
• 负责人: 渡辺 丈晃
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: High Energy Accelerator Research Organization
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03609/
• 关键词: 金属３Dプリンター; 金属積層造形法; タングステン; 2次粒子生成標的; ２次粒子生成標的; J-PARC; ハドロン実験施設; 金属3Dプリンター

金属３Dプリンター(金属積層造形法）による純タングステン製2次粒子生成標的の製作可能性の検証のため、現状最も普及しているパウダーベッド型レーザー溶融方式の金属積層造形法により純タングステン素材の造形を行い、本研究において最も重要な検証項目の１つである物性値等の測定を行った。その結果、金属積層造形法により造形された純タングステンの密度は標準的な製作法による試験片と比較し密度は88%程度、比熱は同程度、熱伝導率は60%程度であることが明らかとなった。また、機械強度については、シャルピー試験を実施したところ、造形された純タングステンは、通常製法と比べて吸収エネルギ－が72%程度であることがわかった。試験片の断面観察を行ったところ、素材内部に密度や強度等の低下の要因となる多数の欠陥（空隙）が観察され、今後の改良方針として内部空隙の低減が必要不可欠であると結論を得た。引き続き、試作した純タングステン試験片について、HIP処理(熱間等方圧加圧法)を行い、内部欠陥（空隙）の減少効果や物性等の改善の有無について検証をおこなった。その結果、密度および熱伝導率についてはHIP処理無しと比べて10%程度上昇する効果が見られたが、シャルピー試験の結果および断面観察（マクロレベル）では明らかな改善は見られなかった。これはタングステンの元々の性質（脆性等）に加えてHIP処理で特に効果のある閉じたミクロサイズの空隙が比較的少ないことが１因であるためと推定している。上記と並行して、本研究におけるもう1つの重要な目的であった造形能力を確認するため、2次粒子生成標的を想定した内周側に3次元的な曲面フィンを備えた円盤型形状(1/2片）について、実際に純タングスステンにより造形試験を実施し、3次元的なフィン構造が純タングステンにおいても造形可能であることを実証した。

为了验证使用金属3D打印机（金属添加剂制造方法）生产由纯钨制成的二级颗粒的可能性，使用金属添加剂制造方法使用最受欢迎的粉末床类型的激光熔化方法和物理特性等测量了本研究中最重要的验证项目之一，对纯钨材料进行了建模。结果，据显示，由金属添加剂制造产生的纯钨密度约为88％，比使用标准制造方法的测试样品相比，特定的热量大约相同，并且导热率约为60％。此外，当对机械强度进行夏比测试时，发现与常规制造方法相比，形状的纯钨吸收能量约为72％。当对测试样品进行横截面观察时，在材料内观察了许多缺陷（VAC），这可能导致密度和强度降低，并且得出结论，减少内部空隙是必不可少的，因为未来的改进政策至关重要。随后，对原型纯钨测试样品进行了髋关节治疗（施加热等速度压力），以验证是否减少内部缺陷（VAC）的影响以及是否改善了物理特性。结果，与未经髋关节治疗相比，密度和热导率增加约10％的效果，但在夏比测试和横截面观察结果（宏观水平）的结果中没有明显改善。据估计，这是由于以下事实：除了原始特性（Brittrement等）外，相对较少的闭合微型空隙在髋关节治疗中特别有效。与上述同行，为了确认建模能力，这是本研究的另一个重要目的，磁盘形状（1/2件）具有三维弯曲的鳍上的内部外围鳍（用于次要粒子生成目标）实际上是使用纯钨进行的，表明三维鳍结构甚至可以在Pured Tungsten中进行建模。

项目成果

金属3Dプリンタにより造形された純タングステン材の評価

金属3D打印机打印纯钨材料的评价

• 发表时间: 2023
• 期刊: Proceedings of the 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
• 作者: Simon Zeidler;渡邉丈晃
• 通讯作者: 渡邉丈晃

Production Target of Secondary Particles for Slowly-Extracted High-Intensity Proton Beams

慢引出高强度质子束二次粒子的生产目标

• DOI: 10.50868/pasj.18.4_225
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of the Particle Accelerator Society of Japan
• 作者: 倉崎 るり;澤田 真也;高橋 仁;皆川 道文;渡邉 丈晃
• 通讯作者: 渡邉 丈晃