鉛ビスマス要素技術開発装置を用いたフリーズシールバルブの開発

Development of freezed seal valve by using test stand for LBE technology

斎藤 滋   ; 山口 和司*; 吉元 秀光*; 大林 寛生  ; 佐々 敏信   

Saito, Shigeru; Yamaguchi, Kazushi*; Yoshimoto, Hidemitsu*; Obayashi, Hironari; Sasa, Toshinobu

長寿命放射性廃棄物の核変換を実現するため、日本原子力研究開発機構(JAEA)が研究を進めている加速器駆動システム(ADS; Accelerator Driven System)では、核破砕ターゲット及び未臨界炉心冷却材として鉛ビスマス共晶合金(LBE; Lead-Bismuth Eutectic alloy)を採用している。将来のADSの開発に向けて材料照射データベースを構築するため、J-PARCでは陽子照射施設の検討を進めている。陽子照射施設にはLBEループが設置され、核破砕環境かつ流動LBE中での材料照射試験が可能である。陽子照射施設において、LBEを安全に利用するためにいくつか解決すべき課題の一つとして、運転停止後にループ内のLBEをドレンタンクに導くためのドレンバルブがスラグ等を噛み込むことによって発生するスローリークがある。この問題を解決するため、JAEAでは液体金属系統の一部を融点以下に冷却することで配管中のLBEを固化して閉止する、フリーズシールバルブ(FSV)採用を検討した。まず、水冷式及び空冷式のFSV試験体を製作し、既設の鉛ビスマス要素技術開発装置の試験部に取り付け、動作・性能確認試験を行った。試験の結果、水冷式FSVは設計通りの性能を発揮することが確認された。本報告書では鉛ビスマス要素技術開発装置ならびに各FSV試験体の概要と各部の詳細、動作・性能確認試験結果について述べる。

In the Accelerator Driven System (ADS) being studied by the Japan Atomic Energy Agency (JAEA) for transmutation of long-lived radioactive waste, lead-bismuth eutectic alloy (LBE) is used as a spallation target and subcritical core coolant. A proton irradiation facility in J-PARC is considered to prepare a material irradiation database for ADS development. The proton irradiation facility is equipped with an LBE loop, which enables material irradiation tests in spallation environment under flowing LBE condition. The slow leakage of LBE is one of critical issue to use LBE safety. The slow leakage is caused by the biting slag and/or other materials at valve seal of drain valve. To solve this problem, JAEA examined the application of freeze-seal valve (FSV), which seal the piping by freezing LBE in specific position. Water-cooled and air-cooled freeze-seal valve test modules were fabricated, installed in the test section of the existing test stand for LBE technology development, and tested to confirm their operation and performance. As a result of the tests, it was confirmed that the water-cooled FSV test module worked well along to the design values. This report describes the outline and details of the test stand for LBE technology and each FSV test module, as well as the results of operation and performance verification tests.