ナトリウム中コネクタの開発 - 総集編 -

Development of an electrical connector for liquid sodium environment; Final report

片岡 一; 高津戸 裕司; 野口 好一; 宮川 俊一

not registered; not registered; not registered; Miyakawa, Shunichi

高速実験炉「常陽」の炉心におけるオンライン計装照射のためには、計測線付き集合体(INTA)で代表されるように、配線上の制約から照射集合体とその上部機構を一体構造にした長尺な装置が用いられている。もし、照射集合体の頂部にナトリウム中コネクタを設けて照射装置を分離構造にできれば、上部機構を再利用することにより照射試験の経済性が向上し、原子炉燃料交換時の装置待避が容易になって作業期間の短縮が期待できる。このため、ナトリウム環境中に適用できるコネクタ機構を動燃独自で考案し、昭和63年度から平成7年度にかけて、実用化のための開発研究を進めてきた。先行例のないコネクタ機構であるため、要素試験、水中部分モデル試験と手順を踏みつつ設計仕様を固め、ナトリウム中部分モデル試験では、ナトリウムのブロー除去等の基本的な成立性が実証できるほどに開発が進んだ。しかし、ナトリウムと高温環境の影響により、電気絶縁体であるセラミックスと電極金属の間で剥離が生じ、構造上のバウンダリーが確保できないという問題も明らかになった。この問題解決のため、セラミックスにはナトリウムとの共存性が期待できるサファイヤ、高純度アルミナ、窒化珪素等を選択し、電極材料にはステンレス鋼、コバール(Fe-Ni-Co合金)他、数種の材料を選択してそれらを組み合わせ、ロー付け材料やメタライズ材料、さらにはロー付け部の形状を変えて性能評価を行ったが、満足できる結果は得られなかった。以上の開発は、大手セラミックスメーカーの最新技術による協力を得て進めてきたものであるが、ナトリウム中コネクタにおけるセラミックスの接合技術を確立する見通しが立たず、ここに考案したナトリウム中コネクタの開発は、1997年での本報告書のまとめをもって中断することとなった。

The INstrumented irradiation Test Asembly (INTA) has been used to conduct precision on-line instrumented irradiation tests in the experimental fast reactor JOYO. In INTA, direct instrumentation wiring between the irradiation test section in the core and the upper structure section in the rotating plug makes INTA structurally complex and expensive. Instead of direct wiring, if an electrical connector capable of withstanding a heated liquid sodium environment could be used between the irradiation test section and the upper structure section, the upper mechanism of INTA could be reused and testing costs would be drastically reduced. Moreover, the reactor load factor would be improved because of reduced handling time for INTA. In an attempt to gain this advantage, research and development of an electric connector in a sodium environment was carried out from 1988 to 1996 at PNC. As no previous R&D had been conducted in this area, this development activity was conducted in a boot strap manner. The first test was carried out for a small model fabrication, the second was for a water partial model, and the third was for a sodium partial model. Based on those tests, a prototype design specification of the connector was determined. In the sodium partial model test, the resiliance of the electrical connector insulation to the sodium environment was investigated. However, severe cracking in the ceramic insulator caused by the high temperature sodium environment was discovered at the junction of ceramic insulator and metallic electrode. This was recognized to be a critical problem because the boundary on the structure could not be secured. To address the problem, additional sodium partial tests were performed for various material combinations of ceramic insulators, metallic electrodes, brazing materials and metallization materials. However for insulator cracking, the results of the tests were unsatisfactory. After all although the newest technology of main ceramics ...