Development of water leak detection method in fusion reactors using water-soluble gas

水溶解ガスを用いた核融合炉用水リーク探知技術の開発

廣木 成治 ; 丹澤 貞光; 新井 貴; 阿部 哲也 

Hiroki, Seiji; Tanzawa, Sadamitsu; Arai, Takashi; Abe, Tetsuya

核融合炉の真空容器内水冷配管において冷却水を循環させたまま水リーク探知が可能な技術として、クリプトン(Kr)を水溶解トレーサーに用いる方法を提案した。試験を進めるにあたっては国際熱核融合炉(ITER)への適用を想定し、ITERの運転条件を勘案して10Pa-m/sレベルの水リークバルブを試作した。また、同バルブの高圧側を水ループ回路に、低圧側をクライオポンプで排気する真空容器に接続し、水リーク箇所を通して真空中に流入するKrを四極子質量分析計で検出した。そして、同バルブを1m間隔で2箇所に取り付けた試験体を30Cに加熱しながら試験を行ったところ、/=84のピーク電流の時間変化において、水リークに起因する2箇所の明瞭なピーク電流増加分を確認することができた。このとき、2箇所のピーク電流変化開始時の時間差は39秒だった。一方、簡易モデルで試験体の30C加熱に伴う自然対流の影響を考慮して流水の到達距離の経過時間依存性を計算したところ、1m間隔での時間差は44.6秒となり、計算値基準で測定値の位置検出精度として12.6%となった。本提案による水リーク探知技術の実証試験により、同技術はITER条件でも十分使用可能な見通しが得られた。

A water leak detection method using krypton as a water soluble tracer has been proposed for fusion reactors with fully circulating the in-vessel cooling water. This method is targeted for applying to the ITER. The water leaks are effused into the vacuum vessel evacuated with a cryopump and the water dissolved Kr is detected with a quadrupole mass spectrometer. When two leak valves with 1 m distance are attached to the test pipe with 30 C heating, two distinct / = 84 peak current rises caused by the water leak are successfully detected with the time interval of 39 sec. On the other hand, the water accession length as a function of the traveling time is calculated by considering a natural convection flow caused by the 30 C heating, where the traveling time is 44.6 sec for the 1 m length. This means that the observed positional accuracy is 12.6%, based on the calculation. This method can be applied to the ITER condition.