混相相互作用のX線による高速度可視化手法に関する検討

Feasibility study of a high-speed X-ray visualization method for multiphase interactions

宇佐美 力; 森山 清史; 錦沢 友俊; 中村 秀夫  

Usami, Tsutomu; Moriyama, Kiyofumi; Nishikizawa, Tomotoshi; Nakamura, Hideo

軽水炉シビアアクシデント時に炉心溶融物と冷却水の接触により発生する水蒸気爆発は、格納容器破損をもたらし得る現象の一つとして、安全研究上の課題とされてきた。水蒸気爆発の規模を予測するためには、初期条件となる高温液体の水中での混合状態に関する理解が必要だが、実験でそれを観察する場合には、発生した蒸気泡等のために可視光による観察が難しい。これを観察するためにはX線による透過撮影が適していると考えられる。そこで、撮像速度4500コマ/秒のイメージ・インテンシファイア付き高速度ビデオカメラと、CdWO単結晶,ZnS(Ag),CsI(Tl)の3種類のシンチレータ(蛍光板)を用いた高速度X線撮影法について実験により検討した。被写体は水槽中に置いた金属物体及び気泡である。実験の結果、3種類のシンチレータのうち、CsI(Tl)により最も良好な画像が得られ、4500コマ/秒の高速撮影ができることを確認した。しかし、撮影した画像を1コマ抜き出した静止画ではノイズが大きくなり、画像が不鮮明になった。

The steam explosion during a severe accident in a light water reactor, which may occur by the contact of molten core and coolant, has been known as a potential threat on the integrity of the containment vessel, and has been studied in the nuclear safety research field. Prediction of the intensity of steam explosions needs an understanding of the initial premixture. However, visual observation of the premixture in experiments is usually difficult due to the vapor generation. Thus, we investigated the possibility of a high-speed X-ray visualization with a 4500 f/s high speed video camera with an image-intensifier and three kinds of scintillator materials: CdWO, ZnS(Ag) and CsI(Tl). A modeled premixture consisted of metal objects and bubbles in a water vessel was used. The test result showed that the CsI(Tl) scintillator gave the best image quality among the three and the high-speed visualization at 4500 f/s was possible, though in the still picture which carried out one of the recorded picture, the picture became indistinct.