光学部品のガンマ線照射劣化挙動(受託研究)

武内 伴照; 柴田 裕司; 花川 裕規; 上原 聡明*; 上野 俊二*; 土谷 邦彦; 熊原 肇*; 柴垣 太郎*; 駒野目 裕久*

JAEA-Technology 2017-026, 26 Pages, 2018/02

JAEA-Technology-2017-026.pdf:4.0MB

原子力施設でシビアアクシデントが発生した際に、プラント状態を監視し、緊急時対応を円滑に実施するためには、信頼性の高い伝送技術が必要である。本研究では、水中で伝送可能な可視光無線伝送システムの構築を目指して、LEDやフォトダイオード等の光学部品に対して10Gyまでのガンマ線の照射による影響を調べた。その結果、LEDは全光束が減少するとともに樹脂レンズ部が着色した。フォトダイオードの電流-電圧特性にはほとんど変化は無かった。フォトダイオードは、受光感度が減少するとともに窓材の樹脂が着色したが、暗電流は伝送に悪影響を与えるほどの大きさにはならなかった。これらの結果から、両素子を無線伝送システムに適用する場合に考慮すべき特性劣化の主因は、半導体部分の劣化ではなく、樹脂の着色によって発光及び受光量が減少することによるものであることが示唆された。また、発光・受光回路部を環境から隔離するための窓材や、外乱ノイズ光を軽減するための光学フィルタとして、各種ガラスについてもガンマ線照射による透過率の減少を評価し、伝送システムの構築に向けた基礎データを取得した。

Effect of dissolved gas on mechanical property of sheath material of mineral insulated cables under high temperature and pressure water

武内 伴照; 中野 寛子; 上原 聡明; 土谷 邦彦

Nuclear Materials and Energy (Internet), 9, p.451 - 454, 2016/12

https://doi.org/10.1016/j.nme.2016.06.018

無機絶縁(MI)ケーブルは、耐熱性,絶縁性及び機械的強度に優れ、原子力用計測機器の計測線として使用されている。日本が提案する核融合炉ブランケットは高温高圧水で冷却する方式であるが、軽水炉及び核融合炉の運転時には、水の放射線分解により、溶存ガス量が変化し、シース材に影響を与えることが懸念されている。本研究は、シース材としてSUS304及びSUS316を選定し、高温高圧水中の溶存酸素,水素及び窒素量の変化による機械的特性への影響をSSRT試験により調べた。まず、PWRの高温高圧水環境下325C15MPaで溶存酸素量約6ppmの条件下において、ひずみ速度の影響を調べた。その結果、両鋼材ともに、ひずみ速度が遅いほうが引張強度が高かった。一方、溶存窒素量約20ppm程度の試験では、ひずみ速度が遅いほうが引張強度は低く、破断伸びが小さかった。破断面のSEM観察を行ったところ、試料表面部に脆性的破面が見られ、その表面深さは、ひずみ速度が遅いもの、すなわち高溶存窒素環境をより長時間経験した試料のほうが深かった。さらに、窒素に加えて溶存水素量を約50ppbにして行った試験では、窒素単独時よりもわずかに脆性破面率が高く、引張強度が低かった。以上から、高温高圧水環境において、溶存水素とともに、溶存窒素もステンレス鋼の機械的特性に影響を与えることが分かった。

Effect of dissolved gases on mechanical property of AISI 304 and 316 stainless steels under high temperature and pressure water

武内 伴照; 中野 寛子; 上原 聡明; 土谷 邦彦

Proceedings of International Conference on Asia-Pacific Conference on Fracture and Strength 2016 (APCFS 2016) (USB Flash Drive), p.95 - 96, 2016/09

福島第一原子力発電所事故以降、過酷事故時における原子炉監視システムの重要性が高まっている。その開発の一環として、平常時及び過酷事故環境で使用可能な無機絶縁(MI)ケーブルの開発に着手した。本研究では、炉水環境のMIケーブルの機械的な健全性を調べるため、高温高圧純水中におけるケーブル被覆材の破壊特性に対する溶存酸素の影響を調べた。被覆材として、SUS304及び316ステンレス鋼を選定し、325C15MPaにて510mm/minで低ひずみ速度法による引張試験を行った。その結果、両鋼材とも、溶存酸素が8500から50ppbでは延性破壊のみが生じ、引張強度や延びに変化は無かった。一方、10及び1ppbでは、破面周縁部に脆性破壊が生じ、引張強度及び延びがともに減少した。以上から、高温高圧純水環境において、溶存酸素が100ppb以下の領域にSUS304及び316が脆性破壊を起こす閾値が存在することが示唆された。

Degradation behavior of LED by irradiation

武内 伴照; 柴田 裕司; 大塚 紀彰; 上原 聡明; 熊原 肇*; 土谷 邦彦

JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 29, 2016/02

https://doi.org/10.11484/jaea-review-2015-022

水中でも伝送可能かつ耐放射線性をもつ可視光無線伝送システムの構築を目指して、発光波長がほぼ同じで比較的光量の大きい異なった2種類のLEDを選定し、その線照射効果を調べた。照射劣化を評価するため、照射前後におけるLEDの電流電圧特性や全光束を測定した結果、照射後に全光束が減少するとともに樹脂レンズ部が着色したが、電流電圧特性はほとんど変化は無かった。このことから、両素子の特性劣化の主因は半導体部分の劣化ではなく、樹脂の着色によるものであることが示唆された。一方、試験した内の1種類のLEDについて、照射量に対する全光束の減少速度が小さかったことから、開発中の無線伝送システムの発光素子に適すると考えられることが分かった。

Commissioning results on the cryogenic hydrogen system for moderators in JSNS

麻生 智一; 達本 衡輝; 大都 起一; 上原 聡明; 川上 善彦; 櫻山 久志; 二川 正敏

Proceedings of 19th Meeting of the International Collaboration on Advanced Neutron Sources (ICANS-19) (CD-ROM), 8 Pages, 2010/07

J-PARCにおける1MW級JSNS中性子源の低温水素システムは、水銀ターゲットで発生した核破砕中性子を冷中性子に減速するためのモデレータに18K, 1.5MPaの超臨界水素を使用する。2008年4月のオフビームコミッショニングを通して、超臨界水素循環用低温水素システムの要求仕様を確認し、最大約190g/sの循環に成功した。2008年5月には、初めて中性子発生に成功し、モデレータにより減速した中性子を問題なく供給することを確認した。その後、オンビームコミッショニングにおいても本低温水素システムの特性を確認した。

Performance test of a centrifugal supercritical hydrogen pump

達本 衡輝; 麻生 智一; 大都 起一; 上原 聡明; 櫻山 久志; 川上 善彦; 加藤 崇; 二川 正敏; 吉永 誠一郎*

Proceedings of International Cryogenic Engineering Conference 23 (ICEC-23) and International Cryogenic Materials Conference 2010 (ICMC 2010), p.377 - 382, 2010/07

J-PARC核破砕中性子源では、MW級の陽子ビームによる核破砕反応によって発生した高速中性子を用いて冷中性子に減速したビームを供給する。陽子ビーム1MW時における水素モデレータ容器内で発生する核発熱は約3.8kWであり、モデレータ性能を満たすためには、このモデレータ内の温度差を3K以内する必要があった。本研究では、大流量の超臨界圧水素を安定に強制循環させる超臨界水素ポンプをITERで開発した超臨界ヘリウムポンプの設計データベースを用いて新たに開発し、その性能特性試験を測定した。断熱効率は54%、循環流量は、世界最大流量200g/sを達成し、開発した超臨界水素ポンプは、設計値を十分満足する性能を有することを確認した。

Development of the cryogenic hydrogen system for a spallation neutron source in J-PARC

達本 衡輝; 麻生 智一; 大都 起一; 上原 聡明; 櫻山 久志; 川上 善彦; 加藤 崇; 二川 正敏

AIP Conference Proceedings 1218, p.297 - 304, 2010/04

https://doi.org/10.1063/1.3422367

J-PARCの核破砕中性子源ではMW級の陽子ビームによる核破砕反応によって発生した高速中性子を超臨界圧水素を用いて冷中性子に減速しビームを供給する。陽子ビーム1MW時において、水素モデレータ容器内で発生する核発熱は約3.8kWであり、この大きな熱負荷を除去するために、大流量の超臨界圧水素を安定に強制循環させる低温システムを製作した。6か月に渡るオフビームコミッショニング期間で、低温水素システムの特性試験を実施し、設計どおりの性能を満たすことを確認することができた。

Commissioning of the cryogenic hydrogen system in J-PARC; Preliminary operation by helium gas

麻生 智一; 達本 衡輝; 長谷川 勝一; 大都 起一; 上原 聡明; 川上 善彦; 櫻山 久志; 前川 藤夫; 二川 正敏; 牛島 勇*

Proceedings of International Cryogenic Engineering Conference 22 (ICEC-22) and International Cryogenic Materials Conference 20 (ICMC 2008), p.741 - 746, 2009/00

J-PARC物質・生命科学実験施設に設置された中性子源用モデレータ冷却システムは、核破砕反応で発生した高エネルギー中性子を超臨界水素中に通過させることにより、そのエネルギーを低減し、冷中性子ビームとして施設利用者の実験装置へ供給するための冷凍システムである。本システムが完成し、モデレータを接続した状態の低温試験を、水素に先立ちヘリウムガスによって初めて行った。モデレータを含めて、1.5MPa, 20Kの定格状態まで冷却でき、定常維持,昇温運転が問題なくできることを確認した。

核破砕中性子源用極低温水素循環システムにおける冷却プロセス解析コードの開発

達本 衡輝; 麻生 智一; 大都 起一; 長谷川 勝一; 上原 聡明; 加藤 崇

no journal, , 

J-PARC計画の一環として、物質・生命科学実験分野では、1MW級の陽子ビームを水銀ターゲットに入射し、核破砕反応によって発生した高速中性子を超臨界圧水素(1.5MPa, 20K)のモデレータを使用し、冷中性子に減速させる核破砕中性子源の建設を行っている。超臨界圧水素をこのモデレータに安定に供給するための極低温水素循環システムは、閉ループを形成し、超臨界圧水素を強制循環させる循環ポンプ,オルソ・パラ変換器,He-H2熱交換器、及び、圧力制御用のヒーターと水素ループ内にベローズが内包されたアキュムレータから構成され、ヘリウム冷凍機(冷凍能力:6kW@17K)により冷却される。極低温水素循環システムの運転制御を検討するために、冷却プロセスを模擬する解析コードを開発し、冷却方法、及び、冷却時間の検討を行った。その結果、擬臨界領域での温度制御が重要であることが明らかになった。21時間以内で定格状態まで冷却できることがわかった。

Estimation of pressure change based on hybrid control system in JSNS hydrogen loop

長谷川 勝一; 麻生 智一; 達本 衡輝; 大都 起一; 上原 聡明; 川上 善彦*; 櫻山 久志; 加藤 崇

no journal, , 

JSNS(日本核破砕中性子源)ではモデレータとして超臨界圧水素を採用し、そのための水素循環システムを構築している。このシステムでは水素の圧力を、下は臨界圧の1.3MPs、上は設計値の2.0MPaに保持する必要がある。モデレータ部の熱負荷は陽子ビームの核発熱によって変動する。とくにビームのオン,オフ時には最大となりビーム出力が1MWのときに、核発熱は最大値3750Wとなる。それゆえ水素システムには圧力制御装置が必要である。このために、アキュムレータとヒータから構成されるハイブリッド圧力制御システムを採用した。ヒータは核発熱の変動による熱負荷を補償するものであり、アキュムレータは可変容積を持つことによって圧力変動を緩和するものである。ハイブリッド圧力制御システムの設計のためには核発熱変動時における、系の圧力変動の評価をする必要がある。本研究では、そのために解析コードを整備し、さまざまな場合における解析を行った。この解析をもとに、アキュムレータの容積を決定し、ハイブリッド圧力制御によって圧力変動を0.15MPaに押さえることができるのを確認した。