照射試験用熱膨張差型温度モニタ(TED)の製作法の開発

Development of fabrication method for thermal expansion difference irradiation temperature monitor

野口 好一; 三代 敏正*; 宮川 俊一; 小堀 高久*; 高津戸 裕司

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本報告書は、高速実験炉「常陽」の照射試験において最も精度の良い、オフライン照射温度モニタの一つである熱膨張差型温度モニタ(TED: Thermal Expansion Difference Tempera ture Monitor)の製作法の開発についてまとめたものである。TEDは、ステンレス鋼またはニッケル合金材の金属容器内に、これらの材料よりも熱膨張率の大きいナトリウムを充填し金属球の蓋を抵抗溶接で密封したものである。これを炉内に装荷すると、ナトリウムの熱膨張により容器が変形しTEDの体積が増加する。この増加分と、炉外較正試験で予め求めたTEDの体積増加分と温度の相関式から照射中の最高温度を同定するものである。TEDは、米国のアルゴンヌ国立研究所(ANL)で開発されたものであるが、同研究所での受注生産品であるため、入手時間や供給見通しに問題が生じていた。また、国内での調達先の調査の結果、同等のコストでも受注に応ずる国内メーカもないことが分かった。このため、大洗工学センターの実験炉部照射課ではTED入手の確保のために平成4年度からTEDの内部製作法の開発に着手した。開発にあたっては、当初ANLからの情報提供に基づき試作試験を試みたが、より高精度なモニタとするためにはナトリウム充填法や金属球の溶接法等の改良の必要が判明し、ナトリウム充填率を100%近くに上げるなど改善を行った。その結果、炉外試験での温度測定値のばらつきが米国製の半分の5Cとなる大幅な改善結果を得ることができ、また、コスト的にもANLと同等であることを確認した。このようにして国産化したTEDの照射装置への装着を平成8年に実施し、平成9年3月の「常陽」定格運転第30サイクルから使用を開始している。

This report describes the development activities for the fabrication of the Thermal Expansion Difference irradiation temperature monitor (TED) at the Oarai Engineering Center (OEC)/PNC. TED is used for various irradiation tests in the experimental fast reactor JOYO. TED is the most accurate off-line temperature monitor used for irradiation examination. The TED is composed of a metallic sphere lid and either a stainless steel or nickel alloy container. Once the container is filled with sodium, the metallic sphere lid is sealed by using a resistance weld. This capsule is then loaded into a reactor. Once a TED is loaded into the JOYO reactor, the sodium inside the metallic container increases as a result of thermal expansion. The TED identifies the peak irradiation temperature of the reactor based on a formula correlating temperature to increment values. This formula is established specifically for the particular TED being used during a calibration process performed when the TED is fabricated. Initially the TED was developed by Argonne National Laboratory (ANL) in the United States, and was imported by PNC for use in the JOYO reactor. In 1992 PNC decided to fabricate TED domestically in order to ensure the stability of future supplies. Based on technical information provided by ANL, PNC began fabrication of a TED on an experimental basis. In addition, PNC endeavored to make the domestically produced TED more efficient. This involved improving the techniques used in the sodium filling and the metallic sphere welding processes. These quality control efforts led to PNC's development of processes enabling the capsules to be filled with sodium to nearly 100%. As a result, the accuracy of the temperature dispersion in the out-pile calibration test was improved from 10C to 5. In 1996 the new domestically fabricated TED was attached to a JOYO irradiation rig. In March of 1997, irradiation of the rig was started on the 30th duty cycle operation, .