Lead-bismuth eutectic compatibility with materials in the concept of spallation target for ADS

ADS核破砕ターゲット概念における鉛ビスマス共晶合金と材料の両立性

菊地 賢司; 斎藤 滋   ; 倉田 有司; 二川 正敏  ; 佐々 敏信   ; 大井川 宏之 ; 若井 栄一  ; 梅野 誠*; 水林 博*; 三浦 邦明*

Kikuchi, Kenji; Saito, Shigeru; Kurata, Yuji; Futakawa, Masatoshi; Sasa, Toshinobu; Oigawa, Hiroyuki; Wakai, Eiichi; Umeno, Makoto*; Mizubayashi, Hiroshi*; Miura, Kuniaki*

加速器駆動システム(ADS)による核破砕中性子源ターゲットと未臨界炉冷却材を鉛ビスマス共晶合金を用いて構築するための技術開発として配管及び機械要素の材料と鉛ビスマスの両立性,鉛ビスマスの制御性を調べた。その結果、オーステナイトステンレス鋼受け入れ材の腐食量は3000時間当たり最大0.1mmだが、あらかじめ表面を研磨すれば腐食量を減らせること、鉛ビスマスの温度制御は安定だが、流量制御は不安定であることがわかった。不安定の主な原因は、溶解度差による高温部から低温部への質量移行で低温部に析出する物質がフェライトとなって電磁ポンプの磁場中流路に鉛ビスマスと一緒に残存することであった。対策は流路幅を広げれば良い。

Lead bismuth eutectic (LBE) is favored by spallation neutron sources and coolant in the sub-critical reactor at the accelerator driven nuclear transmutation system (ADS). Technical issues of ADS are material technology of how to compromise with flowing lead bismuth, high-energy proton accelerator technology and a sub-critical reactor system technology. This paper describes LBE technology developed at JAERI. First a scenario in order to realize the ADS is shown. The concept of spallation target test facility is introduced with a target design of thermo-fluid dynamics. Base data of flow rate and temperature of Pb-Bi during LBE circulation are described. The results of LBE loop operation under the flowing conditions of target design concept are reported. The stagnant corrosion tests were done to know the controlling parameters among the various steels. The tube-type oxygen sensor with having the solid electrolyte was studied. Cleaning techniques were developed to remove LBE from materials.