Diseño y fabricación de un banco de pruebas hidráulico para test de erosión y corrosión

1. INTRODUCTION. The neutron time-of-flight facility at CERN is a source of high flux of neutrons obtained by the spallation process of 20 GeV/c protons from the CERN Proton Synchrotron (PS) onto a high purity (99.99 %) lead target. A first facility, operational since 2001, was based on a non-monolithic lead target, an open cooling circuit of demineralized water and absence of control on the water chemistry. It suffered severe corrosion and extensive deformation of the central part of the target as a consequence of the local energy deposition and insufficient cooling. Excessive temperature at the beam interaction point induced creep in the lead blocks and activated severe pitting corrosion. After a few years of operation, the facility required a complete upgrade. The new facility, running since its commissioning in November 2008, consists of a monolithic lead cylindrical target with a diameter of 0.6 m, a height of 0.4 m and a total weight of 1.3 tons (Fig. 1). The target is cooled by a pressurized water cooling system, including an all-welded aluminium alloy vessel and a cooling circuit with monitored and controlled oxygen content and conductivity of the demineralized water used as coolant. The value of oxygen and conductivity is continuously monitored. Due to the presence of high electric fields, easiness of maintenance and prevention of corrosion, demineralized water is widely used at CERN in cooling circuits of particle physics detectors and accelerator magnets. During Long Shutdown (LS2) a third spallation target (target #3) will be installed in the facility, in order to substitute the present target which will have reached its end of life. The target is presently under design. Various materials are being investigated for both the core and the contact part with the cooling wáter. In the framework of the target upgrade activities, a new water erosion/corrosion test bench is required, in order to evaluate the compatibility of various materials in the n_TOF target
1. INTRODUCCIÓN La instalación de neutron time-of-flighten (n_TOF) del CERN es una fuente de alto flujo de neutrones obtenida por el proceso de espalación de protones a 20 GeV/c procedentes del Proton Synchrotron (PS) del CERN sobre un Target de plomo de alta pureza (99,99%). Una primera instalación, operativa desde 2001, se basó en un Target de plomo no monolítico, un circuito de refrigeración abierto de agua desmineralizada y ausencia de control sobre la química del agua. Sufría una corrosión severa y una deformación extensa de la parte central del Target como consecuencia de la deposición de energía local y enfriamiento insuficiente. La temperatura excesiva en el punto de interacción del haz indujo la fluencia en los bloques de plomo y activó una severa corrosión por picaduras. Después de unos años de operación, la instalación requirió una actualización completa. La nueva instalación, que funciona desde su puesta en servicio en noviembre de 2008, consiste en un Target cilíndrico monolítico de plomo con un diámetro de 0,6 m, una altura de 0,4 m y un peso total de 1,3 toneladas (Figura 1). El Target es enfriado por un sistema de refrigeración de agua a presión, incluyendo un recipiente de aleación de aluminio completamente soldado, un circuito de enfriamiento con contenido de oxígeno monitorizado y controlado y conductividad del agua desmineralizada usada como refrigerante. El valor del oxígeno y la conductividad se monitoriza continuamente. Debido a la presencia de campos eléctricos de elevada intensidad, facilidad de mantenimiento y prevención de la corrosión, el agua desmineralizada es ampliamente utilizada en el CERN en circuitos de refrigeración de detectores de física de partículas y de imanes aceleradores. Durante la próxima parada larga (LS2) se instalará un tercer Target de espalación (objetivo # 3) en la instalación, con el fin de sustituir al objetivo actual que habrá alcanzado su fin de vida útil. El objetivo está actualmente bajo diseño. Se están inves
[CA] La instal·lació de neutrons de temps de vol (n_TOF) al CERN és una font d'alt flux de neutrons obtinguda pel procés d’espal·lació de 20 GeV/c de protons sobre un objectiu de plom d'alta puresa (99,99 %). El 2008, la instal·lació va patir una corrosió severa després de pocs anys d'operació, aquesta va ser completament millorada. Inclou ara un recipient d'aliatge d'alumini i un circuit de refrigeració amb contingut d'oxigen i conductivitat de l'aigua desmineralitzada, utilitzada com a refrigerant i moderador, controlats. Durant la parada llarga (LS2) s'instal·larà un tercer objectiu de espal·lació (objectiu #3) en la instal·lació, per substituir l'objectiu actual que hi haurà arribat al seu fi de vida útil. L'objectiu està actualment sota disseny. S'estan investigant diversos materials per al nucli i la part en contacte amb l'aigua del sistema de refrigeració. En el marc de les activitats de millora d'objectius, es requereix un nou banc de proves d'erosió / corrosió, per tal d'avaluar la compatibilitat de diversos materials en el règim de l'objectiu n_TOF. El nou banc de proves està destinat per a ser capaç de realitzar proves d'erosió i corrosió, i verificar els canvis dels materials per validar el disseny del nou objectiu. Aquest banc de proves ha estat dissenyat d'una manera que serà versàtil i adaptable a diferents tipus de proves i objectius en el futur. La idea és que el disseny pot modificar variables com ara el flux del circuit, la temperatura, la conductivitat del fluid i la pressió per a diferents proves amb bons valors de lectura i registre. El projecte del banc de proves comprèn del disseny conceptual al disseny detallat i la fabricació del dispositiu. Aquest treball s'ha dut a terme en col·laboració amb diversos grups del CERN, involucrats en l'especificació tècnica, anàlisi, disseny, fabricació i seguretat.