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AWJによる模擬燃料集合体加熱試験体の切断作業

Cutting operation of simulated fuel assembly heating examination by AWJ

阿部 雄太; 中桐 俊男; 綿谷 聡*; 丸山 信一郎*

Abe, Yuta; Nakagiri, Toshio; Watatani, Satoshi*; Maruyama, Shinichiro*

本件は、廃炉国際共同研究センター(Collaborative Laboratories for Advanced Decommissioning Science: CLADS)燃料溶融挙動解析グループにて平成27年度に実施した「プラズマトーチによる模擬燃料集合体加熱試験(Phase II)」で用いた試験体について実施したAbrasive Water Jet (AWJ)切断作業に関する報告である。模擬燃料集合体は、外周のるつぼ及び模擬燃料にジルコニア、制御ブレード及びステンレス、そして被覆管及びャンネルボックスにジルカロイ(Zr)を利用している。したがって、プラズマトーチを用いて高温に加熱し物質移行した模擬燃料集合体に対して、材料分析を実施するためには、硬度及び靭性の異なる材料を一度に切断する必要がある。加えて、本試験体は、大型かつ、溶融物を保持するためエポキシ樹脂が充填されている。これらの影響を鑑みて、AWJ切断を選定した。以下の点を工夫することで、本試験体をAWJで切断することができた。ホウ化物の溶融部分のように1回(ワンパス)で切断できない場合は、アップカットとダウンカットを繰り返す往復運動により切断を行った。切断が困難な箇所には、Abrasive Injection Jet(従来工法AIJ)方式より切断能力が高いAbrasive Suspension Jet(ASJ)方式を用いた。本作業を通じて、プラズマトーチを用いた模擬燃料集合体加熱試験における切断方法が確立できた。なお、切断作業では、AWJの先端で切断能力を失うと送り方向と反対に噴流が逃げる際に生じる湾曲した切断面が試験体中央部で確認できた。その結果を元に、切断面の荒さや切断時間の短縮のための課題の抽出を行った。

This is a report on Abrasive Water Jet (AWJ) cutting work carried out on specimen, which was used for Simulated Fuel Assembly Heating Examination by Collaborative Laboratories for Advanced Decommissioning Science (CLADS) molten core behavior analysis group in February 2016. The simulated fuel assembly is composed of Zirconia for the outer crucible/simulated fuel, stainless steel for the control blade and Zircaloy (Zr) for the cladding tube/channel box. Therefore, it is necessary to cut at once substances having a wide range of fracture toughness and hardness. Moreover, it is a large specimen with an approximate size of 300 mm. In addition, epoxy resin has high stickiness, making it more difficult to cut. Considering these effects, AWJ cutting was selected. The following two points were devised, and this specimen could be cut with AWJ. If it was not possible to cut at one time like a molten portion of boride, it was repeatedly cut. By using Abrasive Suspension Jet (ASJ) system with higher cutting ability than Abrasive Injection Jet (AIJ, conventional method) system, cutting time was shortened. As a result of this work, the cutting method in Simulated Fuel Assembly Heating Examination was established. Incidentally, in the cutting operation, when the cutting ability was lost at the tip of the AWJ, a curved cut surface, which occurs when the jet flowed away from the feeding direction, could be confirmed at the center of the test body. From the next work, to improve the cutting efficiency, we propose adding a mechanism such as turning the cutting member itself for re-cutting from the exit side of the jet and appropriate traverse speed to protect cut surface.

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