光ファイバーブラッググレーティングによる原子炉計装の研究

Study of an instrumentation system for a nuclear reactor plant based on optical fiber Bragg gratings

雨宮 邦招*; 中澤 正治*; 有吉 昌彦; 伊藤 敬輔

Amemiya, Kuniaki*; Nakazawa, Masaharu*; Ariyoshi, Masahiko; Ito, Keisuke

温度、歪み、振動に感度を有する光ファイバーブラッググレーティング(FBG)をセンサ要素とした新しい原子カプラントモニタリングシステムの開発を行った。 FBG の放射線照射試験の結果、1.4MGy程度のガンマ線吸収線量、および 10 sup14 n/cm sup2 程度の高速中性子フルエンスにも反射波長は影響されないことが分かった。温度に感度を持たず振動の測定のみを調整なしに行うことのできるシステムを構築し、100kGyまでのガンマ線吸収線量があっても問題なく動作することを確認した。さらに複数の点における振動を同時に測定できるシステムの設計および構築を行い動作することを確認した。このシステムを東大弥生炉の冷却系に適用し、運転状態の監視が可能であることを実証した。その上で「常陽」一次冷却系へ敷設し実証試験を行った。その結果、原子炉起動前にはナトリウム流量と振動状態の相関が確認できたものの、起動後には反射光が減衰し測定できなくなった。原因を調査したところ、FBGセンサ自体の問題ではなく伝送用の光ファイバーの接続部分の損失の影響が大きく改善は十分に可能であることが分かった。

A new monitoring system of nuclear reactor plants by means of optical fiber Bragg gratings (FBGs) was developed which have sensitivity in temperature, distortion and vibration. The reflective wavelength of FBGs was not influenced by gamma-ray irradiation up to 1.4MGy and by exposure to fast neutrons in excess of 10 sup14 n/cm sup2. A temperature-insensitive vibration sensing system was constructed and operated with no trouble in gamma-ray environments up to 100kGy. Furthermore, a multiple point vibration sensing system was designed and constructed. The system was successfully demonstrated on a cooling system at the "Yayoi" reactor. Thus, we tried to apply the monitoring system to a primary loop area of JOYO to confirm the applicability of FBG sensors for the commercial power reactors. Although a correlation of sodium flow in side pipes and vibration measured by FBG sensors was found before starting of the reactor, it became impossible after starting operation of the reactor because of a decline of signal amplitude. Investigating the reason, it was mainly caused by significant transmission losses at the splicing point and there were no problems with FBG sensors. Various methods, for example, using a more powerful light source and changing the splicing method, may be used to improve it in the future.