Core seismic experiment of a full-scale single model for a fast reactor

高速炉用燃料集合体の実寸大モデルの単体振動試験

岩崎 晃久*; 澤 直樹*; 松原 慎一郎*; 北村 誠司 ; 岡村 茂樹*

Iwasaki, Akihisa*; Sawa, Naoki*; Matsubara, Shinichiro*; Kitamura, Seiji; Okamura, Shigeki*

高速炉の炉心は数百本もの炉心構成要素で構成されている。炉心構成要素は六角柱の梁形状であり、下部の炉心支持板に差し込まれて自立している。また、隣接する炉心構成要素は小さいギャップを有して六角配列で冷却材中に配置されている。炉心構成要素は、熱膨張やスウェリングの影響を回避するため、鉛直方向には固定されていない。近年、日本では、想定される地震動が大きくなり、鉛直方向の地震動が重力加速度を超えることで、炉心構成要素の鉛直方向変位(跳び上がり)と水平方向変位を同時に考慮する必要が生じた。この3次元振動挙動は、周囲冷却材からの流体力や周囲構造物との干渉の影響を受ける。本研究では、実寸大の試験体を用いて単体振動試験を行い、炉心構成要素の3次元振動挙動の基本的な特徴を確認した。また、鉛直方向変位を抑制する構造(ダッシュポット構造)を考案し、その効果を確認した。試験の結果、雰囲気(空気中, 水中, 流水中)、パッド部隙間、加振方向、加振波形やダッシュポット構造が炉心構成要素の振動挙動に与える影響について確認した。雰囲気については、冷却材の流れを模擬した流水中では上向き流体力が作用するため、気中・水中より鉛直方向変位は大きくなった。パッド部隙間については、隙間が大きいほど水平変位による干渉効果が強くなり、鉛直方向変位を低減させた。また、ダッシュポット構造については、鉛直方向変位を低減する構造として適していることが確認できた。

A fast reactor core consists of several hundred core elements, which are hexagonal flexible beams embedded at the lower support plate in a hexagonal arrangement, separated by small gaps, and immersed in a fluid. Core elements have no support for vertical fixing in order to avoid the influence of thermal expansion and swelling. These days, in Japan, larger earthquake vibrations are postulated in seismic evaluations. So, it is necessary to consider vertical displacements (rising) and horizontal displacements of the core elements simultaneously because vertical seismic vibrations are larger than the acceleration of gravity. The 3D vibration behavior is affected by the fluid force of the ambient coolant and contact with the surrounding core elements. In this study, single-model vibration tests using a full-scale test model were conducted, and the basic characteristics of 3D vibration behavior of the core element were examined. In addition, structures restricting vertical displacements (dashpot structure) were devised, and their effectiveness was verified. As a result of the tests, the effects of the ambient condition (in air, in static water, and in flowing water), gap between the pads, vibration directions, vibration waves, and dashpot structures on the vibration behavior of the core element were examined. As regards the ambient condition, the vertical displacements were larger in flowing water that simulates the coolant flow than in air and in static water, because of upward fluid force in flowing water. As regards the gap between the pads, the larger the gaps was, the stronger the interferences due to horizontal displacements, and the smaller the vertical displacements were. The dashpot structure was verified to be suitable for reducing vertical displacements.