ナトリウム用液面可視化システム及び気泡検出器の開発;音響シミュレーション,水中基礎試験の画像化特性検討

The development of liquid surface visualization and void detection system for sodium; Imaging characteristic examination of sound propagation simulation and underwater basic test

林田 均 ; 平林 勝

Hayashida, Hitoshi; Hirabayashi, Masaru

FBRプラントは1次冷却材中にカバーガスが巻き込まれない様にする必要があり、実証炉以降では原子炉がコンパクト化されるために、その対策が特に重要になる。そのため、設計段階でナトリウム試験により炉容器内等の自由液面の挙動を把握する必要がある。また、実プラントにおいて冷却材中に気泡が混入していないことを確認するために、原子炉容器入口配管にて気泡を計測する技術も安全性向上のために求められる。そこで超音波を用いてナトリウム液面の挙動を画像化する液面可視化システムと、ナトリウム配管中の気泡を画像化して検出する気泡検出器について、基礎的な画像化特性に関する知見を得るために音響伝播シミュレーションと水中基礎試験を行った。先ず、最初に超音波を用いて対象を画像化した場合の基本的な特性を調べるために、液面の巻き込み渦モデルについて音響伝播シミュレーションを行った。次に、複数の超音波トランスデューサを同時に送受信し、相互相関法で各トランスデューサと対象物間の伝播時間を求め開口合成法により画像化する計測システムを試作(試作システムは、信号処理能力の制限から、ある一定時間の連続データを取得した後に、オフラインで相互相関及び開口合成処理を行うものとした。)し、ポリスチレンフィルムの棒による押下による模擬液面の変動や水中を浮上する気泡の画像化について水中基礎試験を行った。その結果、音響シミュレーションでは液面の巻き込み渦モデルを画像化できることが確認でき、水中基礎試験では模擬液面や浮上する気泡の移動に対応した画像を得ることができた。ただし、課題として巻き込み渦の傾斜部の画像がうまく得られない点があり、現状の様に巻き込み渦の下方にのみ超音波トランスデューサを配置する方式に対し、巻き込み渦を取り囲むように側面方向にも受信(あるいは送信)用トランスデューサを配置する方式について検討する必要があると考えている。また、気泡検出については、得られる気泡の画像の大きさ及び形状と、実際の対応について今後定量的な評価が必要となる。

On the FBR plant, it is necessary that cover gas would not involve in the primary coolant, and especially the measures is very important in order to compact the reactor on the design of DFBR. Thus the behavior of free liquid surface must be evaluated in sodium pool tests at the design phase. And also from the viewpoint of safety analyses, the void detection system which measure the void in the reactor vessel inlet piping is also developed as a measurement system for confirming that the void has not been entrapped in the coolant. Then on the liquid surface visualization system which image the behavior of liquid sodium surface and the void detection system which image the detected void using the ultrasonic wave, the sound propagation simulations and the underwater basic tests were carried out to obtain a knowledge on the basic imaging characteristics. As a first step, the sound propagation simulations were carried out to evaluate the imaging characteristics of the vortex model. As the next step, the measurement system was produced tentatively in order to image the fluctuating liquid surface and the rising void in the underwater basic tests. The signals from some ultrasonic transducers to image them were processed by the cross correlation method and the aperture synthesis method. However the imaging processed in off-line because of the limitation of thc signal processing ability. As the results, it was confirmed that the vortex model could be imaged by the sound propagation simulations. And the fluctuating liquid surface and the rising void could be also imaged by the measurement system in the underwater basic tests. However since the slope of vortex can't be imaged well, the most suitable arrangement of the transducers will be examined to image the slope. And it will be necessary for the measurement system to confirm that the size and shape of void can be imaged accurately.