「常陽」炉内供用中検査技術に関する検討; レーザー超音波技術とマニピュレーション技術を用いた炉内検査方法の検討

Study on in-vessel ISI for JOYO; Laser based ultra sonic non-destructive inspection and manipulation technique

有吉 昌彦

Ariyoshi, Masahiko

本報告書は、高速実験炉「常陽」における供用中炉内検査技術に関するものである。「常陽」の原子炉構造は、高速炉特有の高温、高速中性子照射環境にあるため、熱疲労や照射脆化等の強度劣化要因がある。そのため、サーベイランス試験や燃料出口温度監視、ナトリウム漏えい監視等による健全性確認を行っているが、これらは間接的な検査手段であるため、クラック等破損の初期段階で異常を検出することが困難である。そこで、新しい概念を導入して供用中炉内検査の手法を高度化し、炉内構造物の健全性を直接検査することを検討した。「常陽」供用中炉内検査では、検査対象である炉内構造物が複雑な形状をしていること及び冷却材にナトリウムを使うことから、検査技術に、遠隔操作でかつ多様な位置決め機能を持つマニピュレータを組み合わせて検討する必要がある。本検討では、重要な炉内構造物である炉心支持板を検査対象に選定し、超音波非破壊検査技術とマニピュレータ技術を組み合わせて、超音波探触子を炉心支持板内側から接触させることにより、ナトリウム充填状態で炉心支持板を検査する装置の概念を考案した。さらに、非接触で遠隔操作性に優れるレーザー超音波技術を活用した検査技術についても検討した。 また、レーザー超音波技術に関する文献調査の結果、本技術が十分な欠陥検出精度を有し、光ファイバケーブルにより遠隔操作に必要なレーザーを伝送可能であることを確認した。これにより、供用中炉内検査に適用できることがわかった。 今後、検査技術とマニピュレータ技術の動向を踏まえ、炉内検査装置の開発計画を進め、「常陽」で実証していく予定である。

This report describes the feasibility study on the in-vessel inspection technique to be applied for the experimental fast reactor JOYO. Since JOYO is a sodium cooled fast reactor and the core structure components are in high temperature and fast neutron irradiation environment, material strength yields to decrease due to heat fatigue and irradiation induced embrittlement. The present surveilance method of testing structural material mechanical property, monitoring subassembly outlet temperature and sodium leak monitoring are not sufficient to detect abnormalities with a small crack. Therefore, the direct inspection method to confirm the core structure integrity needs to be developed considering the recent innovative technology. Since the core structure has a complicated form and components under sodium are not visible, the manipulator technology is essential which has various positioning functions. The core support plate was selected to be an important inspection item, and the method which combines ultrasonic non-destructive inspection technology and manipulator technology was examined. As a result, the concept of core support plate inspection equipment under sodium condition was obtained by contacting ultrasonic sensor from inner side of the core support plate. Another concept was examined by applying laser based ultrasonic inspection technology. This method has advantage of remote control operation because of no-contacting inspection and it was confirmed to be feasible for JOYO in-vessel inspection method from the viewpoint of defective detection accuracy and laser transmission ability by means of fiber cable. This is promising for in-vessel inspection without sodium draining. Based on this study, the development of in-vessel inspection equipment is continued and the proto-type will be demonstrated in JOYO.