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Development of fast reactor structural integrity monitoring technology using optical fiber sensors

光ファイバを用いた高速炉の構造健全性監視技術の開発

松場 賢一  ; 伊藤 主税   ; 川原 啓孝 ; 青山 卓史 

Matsuba, Kenichi; Ito, Chikara; Kawahara, Hirotaka; Aoyama, Takafumi

ナトリウム冷却型高速炉では、運転温度が高温であり、原子炉出入口温度差も大きいため、構造材に有意な熱応力が発生する。したがって、高速炉の構造健全性を担保するためには、1次系配管の温度変化や熱応力を監視することが重要である。構造健全性監視技術を高度化する手段として、温度やひずみの連続分布,変位や振動を測定可能な光ファイバを適用することが有効である。高速実験炉「常陽」では、高速炉の構造健全性監視への光ファイバの適用性実証を目的として、FBGセンサを用いた1次系配管の変位及び振動の測定を実施している。原子炉運転に伴う高放射線線量率環境下で測定を行い、原子炉運転約120日分に相当する積算$$gamma$$線線量4$$times$$10$$^{4}$$Gyまでの照射では、反射光強度の低下による測定への有意な影響はなかった。また、1次系配管サポートの変位測定結果は、当該部の温度変化量に線熱膨張係数を乗じて求めた熱変位量の計算値とおおむね一致した。さらに、配管サポートの振動スペクトルの主なピーク周波数が加速度計による測定結果とおおむね一致した。これらの測定結果は、高放射線環境下の変位や振動監視への光ファイバの適用性を示すものである。

Significant thermal stresses are loaded on the structures of sodium-cooled fast reactor (SFR) due to high temperature and large temperature gradients associated with employing sodium coolant. Therefore, it is important to monitor the temperature variation and related stress on the cooling system piping in order to assure structural integrity. Structural integrity monitoring can be enhanced by an optical fiber sensor, which is capable of continuous or dispersed distribution measurements of various physical properties such as radiation dose, temperature, strain, displacement and acceleration. In the experimental fast reactor Joyo, displacement and vibration measurements of the primary cooling system have been carried out using Fiber Bragg Grating (FBG) sensors to evaluate the durability and measurement accuracy of FBG sensors in a high $$gamma$$ ray environment. The data were successfully obtained with no significant signal loss up to an accumulated $$gamma$$ ray dose of approximately 4$$times$$10$$^{4}$$Gy corresponding to 120EFPDs operation. Measured displacement of the piping support was nearly equal to the calculated thermal displacement. Measured vibration power spectra of the piping support were similar to those measured with a reference acceleration sensor. The measured results indicate that the FBG sensor is applicable for monitoring the displacement and vibration of fast reactor cooling system integrity in a high $$gamma$$ ray environment.

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