原子炉容器液面近傍部を対象とした熱応力緩和方策の提案

Proposal on the Mitigation Methods of Thermal Stress Near the Sodium Surface of Reactor vessel

安藤 昌教; 笠原 直人

Ando, Masanori; Kasahara, Naoto

高速炉の原子炉容器は、上端をコンクリート建屋により支持され、炉心上部プレナムに高温の冷却材を有することから、冷却材液面から上端支持部に至る鉛直方向に大きな温度勾配が生じる。その結果炉壁液面近傍部に原理的に高い応力が発生することになる。当該部位についてはこれまで、発生する熱応力を低減させ、炉壁を保護するための様々な方策が採られてきた。しかし、これらの対応策は、物量の増加、制御の複雑化、メンテナンス性の低下等の弊害を併せ持つことが多い。本研究では、単純な構造で物量の増加を最小限に抑えた熱応力緩和方策を提案すると共に、数値計算を用いてそれら緩和方策の効果を検した。本研究により得られた主な結果は以下のとおりである。高温ガスを炉壁外面に循環する応力緩和方策を提案し、解析によりその効果を確認した。 (1)高温ガス循環による熱応力緩和方策を施した場合、構造設計基準における応 力の指標である一次+二次応力強さ範囲(Sn)が約45%減少する見通しがある。熱伝導板を炉壁外面に非接触で設置する熱応力緩和方策を提案し、解析によりその効果を確認した。(1)熱伝導板を用いた熱応力緩和方策の効果は伝導板の物性値に依存することを確認した。 (1)熱伝導板の材料に、良熱伝導体である黒鉛を用いた場合、Sn値が約27%、また12Cr鋼を用いた場合、Sn値が約15%減少する見通しがある。 ガードベッセルの材料を良熱伝導体に変更することで、発生熱応力の緩和を図る方策を提案し、解析によりその効果を確認した。 (1)ガードベッセルの材料を12Cr鋼とすることで、Sn値が約12%減少する見通しがある。

A Reactor vessel of fast reactor plants contains high temperature liquid sodium in its inside and its upper end is supported by a low temperature structures. Therefore, a significant temperature gradient will arise at the vessel wall near the sodium surface. For this reason, a large thermal stress will be generated around this part. To lower this stress and to protect the vessel, a number of methods have been applied the plants. Generally, these mitigation methods by protection equipments for thermal stress also have some problems such as, increase a mount of materials or to be complicate for control, hard to maintenance and so on.In this research, authors suggested another simple methods for thermal stress, and evaluated their effects using computer analysis. The results obtained in this research are as follows. Authors suggested one method, circulate high temperature gas around outside of the vessel and evaluated the effects of this method by analysis. (1)In case of using this method, Sn(one of index values of design) value might be getting lower about 45%. Authors also suggested another method by setting up a heat transfer plate outside of the vessel and evaluated the effects of this method by analysis. (1)Effects of this method depend on material of the plate.(2)In case of using Carbon as material of plate, Sn value might be 27% lower and in case of using 12Cr steel as material of plate, Sn value might be 15% lower. Authors also suggested another method by changing material of the guard vessel to be the one which has good ability of heat transfer and evaluated the effects of this method by analysis. (1)In case of changing material of guard vessel to 12Cr steel, Sn value might be lower about 12%.