加速器駆動未臨界システムのビーム窓構造の設計検討; 簡易的な包括検討及び座屈に関する詳細検討

Investigation of beam window structure for accelerator driven system; Simplified overall integrity assessment and detailed assessment on buckling

菅原 隆徳  ; 鈴木 一彦; 西原 健司  ; 佐々 敏信   ; 倉田 有司; 菊地 賢司; 大井川 宏之 

Sugawara, Takanori; Suzuki, Kazuhiko; Nishihara, Kenji; Sasa, Toshinobu; Kurata, Yuji; Kikuchi, Kenji; Oigawa, Hiroyuki

加速器駆動未臨界システム(ADS)の成立性にかかわる課題の1つであるビーム窓の健全性確保について、有限要素法による構造解析を行い、成立性の高い設計概念の検討を行った。有限要素法を適用する前に、簡易的な半球モデルを用いて発電用原子力設備規格に基づく包括的評価を実施したところ、座屈防止が最も重要であることが確認された。次に座屈防止を図るため、ビーム窓の板厚について、有限要素法コードFINASによるパラメトリックサーベイを行い、ビーム窓形状の最適化を行った。併せて座屈評価上の安全率を合理化することを目的に、不整量を考慮した座屈解析も行い、ビーム窓のための安全率について検討を行った。検討の結果、ビーム窓の安全率として3程度を確保すれば十分であることを確認し、これによりビーム窓の基本的な成立性の見通しを得ることができた。安全率3,設計外圧を1.0[MPa]として、パラメトリックサーベイの結果を評価した結果、先端部の板厚を2.02.4[mm]とし、遷移部の板厚を2.04.0[mm]の範囲とする長円型の概念が、現在のADS設計概念に対して最も成立性が高いことがわかった。

The design acceptance of the beam window which is one of the most critical components for the Accelerator Driven System (ADS) was investigated. From the simplified overall assessment for nuclear power plant, it was clarified that the buckling failure was the most severe failure mode for the beam window. The parametric survey for the thickness of the ellipse model was carried out to prevent the buckling failure by using the Finite Element Method code, FINAS. The buckling analyses with initial imperfections were also performed to discuss the factor of safety (FS). The results showed that FS of 3 was enough conservative to ensure the integrity of the beam window. It was also shown that the ellipse shape concepts with the thickness of 2.02.4 [mm] at the top and the thickness of 2.04.0 [mm] at the transient part were acceptable under the current ADS design parameters.