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

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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。