Feasibility study for an additive manufacturing method of Ti-6Al-4V to manufacture beam windows

Ti-6Al-4V增材制造方法制造光束窗的可行性研究

• 批准号: 21K18632
• 负责人: 牧村 俊助
• 金额: $ 4.16万
• 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 Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18632/
• 关键词: チタン合金; 積層造形; 加速器機器製造; ビーム窓; 研磨法

真空内で加速された粒子や生成された粒子の取り出し、加速器の区画に用いられるビーム窓は超伝導加速器では液体ヘリウムの漏洩に備え、大気圧以上の高い耐圧性能が求められる。一方で、透過するビームのロスを低減するために、密度が小さく・薄いと同時に、強度が高く・伸びが大きい材料による口径の大きなビーム窓の開発が望まれている。本研究では、この要望に応えるべく積層造形によるTi-6Al-4V製の薄い球殻状ビーム窓の開発を目指している。厚みの異なる薄板試験片を製造し引張試験を行うことによって、強度を担保できる厚みを確認した。また、積層造形後の表面が粗い場合には疲労強度が低下することが知られているため、薄板の表面研磨する複数の手法の試験を行い、最適な研磨法を確立した。実際に、J-PARCハドロン実験施設COMET実験に使用する内径260 mm、厚み0.5 mmのJIS250A規格のTi-6Al-4V製ビーム窓の開発に成功した。このビーム窓は9気圧の耐圧試験でも破損することはなかった。また、ヘリウムリークディテクタの検出限界以下である3×10E-10Pa・m3/sec以下のリーク量であることを確認した。1枚のJIS200Aのビーム窓と2枚のJIS250Aのビーム窓を製造し、実際にCOMET実験 Phaseアルファの陽子ビーム運転に採用し、無事に実験を終えることに成功した。

Particle extraction from accelerated particles in vacuum, accelerator design, leakage protection, high pressure resistance above high pressure for superconducting accelerators In one direction, the transmission rate is reduced, the density is reduced, the strength is increased, and the diameter of the material is increased. This study is aimed at the development of Ti-6Al-4V thin spherical shell structure. The thickness of the thin plate is different from that of the thin plate. In the case of rough surface after lamination, the fatigue strength is low, and the surface grinding method of thin plate is tested and established. In fact, J-PARC has successfully developed a Ti-6Al-4V system with an inner diameter of 260 mm and a thickness of 0.5 mm for COMET implementation. This is the first time that the pressure test has been broken.また、ヘリウムリークディテクタの検出限界以下である3×10E-10Pa·m3/sec以下のリーク量であることを确认した。1 JIS 200A application and 2 JIS 250A application were successfully produced, and COMET application was successfully completed.

项目成果

ビーム窓

横梁窗

• 发表时间: 2021

フェルミ国立加速器研究所(米国)

费米国家加速器实验室（美国）

Frontiers of Target, Beam Window, and Its Materials in the Proton Accelerator Field

质子加速器领域靶材、束流窗口及其材料的前沿

• DOI: 10.1380/vss.65.577
• 发表时间: 2022
• 期刊: Vacuum and Surface Science
• 作者: Machida Shiki;Shimomura Ryo;Nakamura Kentaro;Kogiso Tetsu;Kato Yasuhiro;MAKIMURA Shunsuke
• 通讯作者: MAKIMURA Shunsuke

CERN(スイス)

欧洲核子研究组织（瑞士）

大口径・薄板・耐圧を実現する金属積層造形によるTi-6Al-4V合金製ビーム窓の開発

开发采用金属增材制造的Ti-6Al-4V合金梁窗，实现大直径、薄板、耐压。

• 发表时间: 2022
• 期刊: Proceedings of the 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
• 作者: 牧村俊助;設楽弘之;長澤 豊;尾ノ井正裕;深尾祥紀;亀井直矢;栗下裕明
• 通讯作者: 栗下裕明