高速実験炉「常陽」における原子炉容器内保守・補修技術開発; 炉心上部機構交換作業用循環型カバーガス微正圧制御システムの開発

宇敷 洋*; 奥田 英二; 鈴木 信弘; 高松 操; 長井 秋則

JAEA-Technology 2015-042, 37 Pages, 2016/02

JAEA-Technology-2015-042.pdf:16.51MB

ナトリウム冷却型高速炉では、冷却材であるナトリウム及びカバーガスとしてアルゴンガスを内包する。そのため、カバーガスバウンダリを開放する際には、仮設バウンダリを確保した上で、カバーガスを微正圧に制御することで、カバーガスの放散を抑制し、かつカバーガス中への不純物混入を防止することが要求される。一方、平成26年度に実施された高速実験炉 「常陽」の炉心上部機構交換作業では、仮設バウンダリであるビニルバッグの健全性維持のため、高流量のアルゴンガスブローを約2ヶ月の長期間に亘って継続する必要があり、既存の設備では対応が困難であった。この課題を克服するため、「常陽」ではカバーガス循環型微正圧制御システムを開発し、実機に適用した。当該システムは良好な圧力追従性及びリサイクル性を有し、これらの成果は、世界的にも例の少ない大規模な原子炉容器内補修作業である炉心上部機構交換作業の作業環境整備及びその安全な推進に大きく貢献した。また、ここで蓄積された経験やデータは、稀少な知見として今後のナトリウム冷却型高速炉の原子炉容器内保守・補修技術の開発に資するものと期待される。

Thermal Fluid-Structure Interaction Analysis of ShieldPlug(II); Verification of FLUSH by Two-Dimensional Model

宋 小明*; 大平 博昭

PNC TN9410 96-102, 40 Pages, 1996/04

PNC-TN9410-96-102.pdf:0.91MB

高速炉の炉上部構造におけるカバーガス領域の熱流力特性と遮蔽プラグの温度特性とを連成させて解析する熱流体-構造連成解析コード(FLUSH)を、大洗工学センターで過去に実施した実験結果を用いて検証した。解析では、ナトリウム液面を模擬したアルミニウムの高温面からの輻射伝熱をも考慮し、カバーガスの自然対流による熱流力特性と回転プラグを模擬した構造物の温度場とを2次元体系でモデル化し、実験で行われたナトリウムミストを含まない8ケースの条件とした。解析の結果、8ケースの実験条件に対して、カバーガス領域の流速及び温度分布と模擬回転プラグ内の半径方向及び軸方向の温度分布の両者が熱的に連続した状態で得られた。また、本8ケースではカバーガス領域と模擬回転プラグ間の境界温度は同傾向であり、境界温度の平均値は実験結果と1.3%以下の差で一致した。さらに構造物内の温度分布は、カバーガス自然対流による影響が支配的であり、輻射伝熱の効果は比較的小さくアルミニウム板の温度が400以下であれば無視できることがわかった。

高速炉トリチウム挙動解析コードの改良整備

本永 哲二*; 中山 忠和*; 竹内 純*; 照沼 英彦*; 保坂 忠晴*

PNC TJ9124 93-010, 186 Pages, 1993/03

PNC-TJ9124-93-010.pdf:4.37MB

「常陽」ナトリウム冷却系におけるトリチウム濃度測定結果等の評価に基づき、FBRにおけるトリチウム挙動解析コードTTT88の解析モデルを改良整備し、TTT92を作成した。今回の研究で得られた成果は、次に示す通りである。(1)トリチウムのコールドトラップ捕獲モデルに、炉外試験等で確認されて来ている水素との共沈捕獲機構を付加した。 (2)トリチウムのカバーガス系移行モデルに、「常陽」測定データ評価結果に基づき、水素効果の導入を図った。(3)トリチウムの蒸気発生器伝熱管透過評価式について、より精密なモデルに改良した。(4) トリチウムの雰囲気移行モデルに、「常陽」配管透過試験結果に基づき、保温構造物の効果を考慮した。(5)トリチウムの挙動に係わる物性値及びモデルパラメータを見直し整備した。(6)「常陽」MK-IIにおけるトリチウム濃度実測値とTTT92コードによる評価値を比較検討し、TTT92コードの妥当性に関する達成レベルを把握した。

低爆速火薬による円筒容器の耐衝撃応答

丹沢 貞光; 藤城 俊夫; 吉江 伸二*

JAERI-M 90-159, 80 Pages, 1990/09

JAERI-M-90-159.pdf:1.75MB

NSRRにおいて使用するカプセルと同一スケールの試験体を製作し、低爆速火薬により衝撃的な圧力を発生させ、燃料破損時の挙動を模擬した実験を実施した。これにより、カプセルの衝撃応答挙動を把握する上での基礎的な知見を得た。主な成果は以下のとおりである。(1)現状の設計によるカプセル試験体において、反射波、スラグ・インパクトを含む圧力波伝播挙動が明確となった。(2)水塊はカバーガスと爆源の燃焼ガスによりバウンディング効果があり、爆源に二次圧力波が発生することがわかった。(3)水塊は最大速度を有する速度履歴を持ち、速度履歴はカバーガス高さと密接な関係を持つ。カバーガス高さによってスラグインパクトによる容器首下部変形の程度が異なる。(4)カプセル試験体の外側に設置した外部容器と、円環部の流体の存在によって、カプセルの変形が軽減される傾向を把握した。

Performance of a nuclear reactor cover-gas monitor using charcoal-Ge gamma-ray spectrometer combination

阪井 英次

IEEE Transactions on Nuclear Science, NS-31(1), p.757 - 760, 1984/00

カバーガスガンマ線スペクトロメータは原子炉の燃料破損を検出する有効な方法である。しかし高速炉ではカバーガス(Ar)の放射化で作られたAr-41からの1294KeVガンマ線のバックグラウンドが強く、核分裂生成核種からのガンマ線を検出するのが困難になる。室温あるいは冷却した活性炭を用いると、Arに対するKr、Xeの検出効率を改善できる。本論文では内径40mm、深さ8mmの容器に詰めた5gのツルミコール2GMの吸着係数をガスクロマトグラフを用いて測定した結果、およびJRR-3カバーガスを用いて測定した活性炭-Ge検出器の特性について報告する。活性炭の吸着係数の温度依存性、濃度依存性、キャリアガス依存性、破過時間などに触れる。

ナトリウム冷却型高速炉の原子炉容器内観察・補修技術の開発,9-5; 炉心上部機構交換作業用循環型カバーガス微正圧制御システムの開発

奥田 英二; 宇敷 洋; 鈴木 信弘; 佐々木 純; 高松 操

no journal, , 

高速実験炉「常陽」における炉心上部機構(UCS)交換作業では、原子炉容器内にナトリウムを保有した状態で既設バウンダリを開放する。「常陽」における原子炉容器内補修作業においては、これまで、カバーガスの微正圧制御を手動操作にて実施してきたが、UCS交換作業の成立には、高流量のアルゴンガスを原子炉容器内に供給した状態での長期間に渡る微正圧制御が必要不可欠であった。また、高流量のアルゴンガス供給に対して、プラントへの負荷を低減するための措置を図ることが必須であった。当該要求に対応するため、「常陽」では、循環型カバーガス微正圧制御システムを開発し、実機に適用した。本システムの導入により、長期間に渡る微正圧制御を実現し、UCS交換作業におけるカバーガスの放散や空気等の不純物混入の防止を図るとともに、高速炉の原子炉容器内観察・補修技術開発に資する稀少な経験を蓄積した。

長期使用大型ナトリウム機器の解体技術,2; カバーガス領域におけるナトリウム付着挙動

鈴木 重哲*; 早川 雅人; 下山 一仁; 梅田 良太; 吉田 英一; 宮越 博幸

no journal, , 

長期間ナトリウム環境で使用してきた大型ナトリウム機器の解体検査を実施している。数十年間使用してきた大型タンクのカバーガス領域へのナトリウム付着速度データを取得するとともに、これまでの知見を基に検討した結果、低温域(150200C)で運転するプラントのカバーガス領域ナトリウム付着速度推奨値「1.0e-10g/cm/s」を導くことができた。大型ナトリウム機器の解体においては、本推奨値と運転履歴をもとにナトリウム付着量の予測評価を行い、ナトリウム火災等に係る安全対策及び安全管理の解体技術信頼度を高めることが可能となった。

移流渦を伴う矩形流路ガス巻込み試験を対象とする渦中心線上の圧力分布を考慮したガス巻込み評価モデルの適用性確認

松下 健太郎; 江連 俊樹; 今井 康友*; 藤崎 竜也*; 田中 正暁

no journal, , 

ナトリウム冷却高速炉では、原子炉容器上部プレナム内の自由液面部に発生するくぼみ渦により、カバーガスが冷却材中に巻き込まれる現象(ガス巻込み)が発生する可能性がある。巻き込まれたカバーガス気泡は、炉心部を通過すると炉心挙動に影響を及ぼしうる。このことから、ガス巻込み評価手法の整備を進めている。本研究では、3次元流動解析により得られた流速分布から、液面と吸込み部の間に生じた渦の渦中心線を抽出し、渦中心線に沿った渦中心減圧量分布と、水頭圧を比較することでガス巻込みを評価するモデルについて検討した。矩形流路でのガス巻込み試験を対象に、入口流速条件をパラメータとした試験解析を行い、得られた解析結果に本モデルを適用しガス巻込み評価を行った。その結果、試験と同様に入口流速の増加につれてガス巻込みの発生が増加する様子を再現でき、入口流速とガス巻込み発生の関係が再現可能であることを確認した。