Development of corrosion-resistant improved Al-doped austenitic stainless steel

近藤 啓悦; 三輪 幸夫*; 大久保 成彰; 加治 芳行; 塚田 隆

Journal of Nuclear Materials, 417(1-3), p.892 - 895, 2011/10

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2011.01.083

オーステナイト系ステンレス鋼の照射による耐食性低下の抑制を目的に、0.7wt.%のAl添加したSUS316Lステンレス鋼(以下316L/Al)の開発を行った。作製した合金に対して、照射温度330C, 400C及び550Cで12MeV-Niイオン照射を行い、照射試料に対して電気化学的腐食試験を行った。その結果、高温照射した場合にAl添加による耐食性劣化の抑制効果が顕著となることが明らかとなった。550Cで12dpa照射した場合、SUS316LやSUS316では粒内及び粒界腐食が顕著となっていたが、316L/Alでは粒界腐食は抑制されていた。照射による耐食性劣化は粒界及び粒内における照射誘起偏析/析出に伴うCr濃度の低下によるものであるが、316L/Alでは高温照射によりCr濃度低下領域へのAlの拡散が促進され、耐食性低下を抑制できるだけのAlが濃縮したと考えられた。

Conceptual design for a large-scale Japan sodium-cooled fast reactor, 3; Core design in JSFR

大久保 努; 大木 繁夫; 小倉 理志*; 大久保 良幸*; 小竹 庄司*

Proceedings of 2011 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '11) (CD-ROM), p.479 - 486, 2011/05

http://www.icapp.ans.org/icapp11/program/abstracts/11345.pdf

大型の日本型Na冷却高速商用炉を対象とした概念設計検討と関連する技術開発が、高速炉サイクル実用化研究開発(FaCT)プロジェクトの一環として実施されている。JSFRでは、次世代のプラント概念として、経済性確保や信頼性と安全性の向上のため、多くの革新技術を採用している。本論文では、JSFR炉心の概念設計検討の最新の結果について述べる。炉心設計における最も重要な点は、150GWd/tの高燃焼度の達成であり、このための被覆管としてODS鋼を想定している。増殖比に関しては柔軟性を有する設計としており、1.0から1.2程度の範囲に関して互換性を有する燃料集合体設計とすることを基本思想としている。また、軽水炉から高速炉への移行期において予想される幅広い燃料組成を想定している。これまでの設計研究から、直径10mm程度の太径の燃料棒を使用する高内部転換型炉心概念に基づいたJSFR炉心概念によって、上述の特性を含む設計目標や要求を満足できることが明らかになった。

高速炉の過渡自然循環崩壊熱除去時における炉心高温点評価手法の開発

大島 宏之; 堂田 哲広; 上出 英樹; 渡辺 収*; 大久保 良幸*

日本機械学会論文集,B, 76(763), p.448 - 450, 2010/03

ナトリウム冷却高速炉は、炉心出入口温度差が大きいことから、浮力による自然循環を利用して炉心の崩壊熱を除去させるシステム設計が可能である。このため大型ナトリウム冷却炉の実用化に向けては、経済性と信頼性を高い次元で確保する1つの方策として、ポンプなど動的機器に頼らず自然循環のみで炉心崩壊熱除去を行う「完全自然循環方式」の採用が検討されている。この完全自然循環方式の成立性評価においては、適切な保守性を考慮したうえで、さまざまな想定事象に対する炉心部高温点の評価が必要となるが、従来の高温点評価法は強制循環を前提として構築されており、そのまま適用すると自然循環特有の現象を加味できず、過度な保守側評価となる。そこで本研究では、自然循環の特性を反映できる合理的な炉心部高温点評価手法を開発し、将来の安全審査に適用することを目的とする。本報では、自然循環時の熱流動特性を取り込んだ炉心高温点評価手順の構築及びその暫定適用について報告する。

New concept of damage evaluation method for core internal materials considering radiation induced stress relaxation, 2; Simulation of material degradation behavior using integrated model

加治 芳行; 三輪 幸夫; 近藤 啓悦; 大久保 成彰; 塚田 隆

Proceedings of 2009 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '09) (CD-ROM), P. 9359, 2009/05

本論文では、溶接による残留応力の作用下でのき裂部における長時間の照射誘起応力腐食割れ(IASCC)挙動を照射誘起応力緩和(RISR)を考慮してシミュレーションした結果について述べる。

New evaluation method of material degradation considering synergistic effects of radiation damage

三輪 幸夫; 加治 芳行; 大久保 成彰; 近藤 啓悦; 塚田 隆

Journal of Solid Mechanics and Materials Engineering (Internet), 2(1), p.145 - 155, 2008/00

https://doi.org/10.1299/jmmp.2.145

次世代の超臨界圧水高速炉の炉内構造材は現行の軽水炉よりも高温で高照射量まで使用されるため、照射損傷と熱応力による材料の劣化が設計の段階で適切な精度を取り込んで考慮されなければならない。現在の経験ベースの設計基準では、構造材料の寿命は、延性脆性遷移温度の上昇のような照射後試験から得られる材料劣化事象によって決定される。しかし、照射誘起応力腐食割れ(IASCC)などの材料劣化では、照射硬化,局所的な材料組成変化,スエリング及び照射クリープなどの材料劣化因子の複合作用の影響を考慮した、合理的な設計を行うことが望ましい。本研究では、IASCCによる材料損傷をより高い精度で予測するために、異なる照射量依存性を持つ材料劣化因子を照射誘起応力緩和に関してモデル化する。そして、そのモデルを用いて炉内構造材のIASCCによる損傷挙動を供用期間に渡ってシミュレーションする。本論文では、新しい材料損傷評価法の概念と材料損傷シミュレーションのための計算コードの概要を示した。

実機シュラウド材の3次元アトムプローブ分析(受託研究)

近藤 啓悦; 根本 義之; 三輪 幸夫; 加治 芳行; 塚田 隆; 永井 康介*; 長谷川 雅幸*; 大久保 忠勝*; 宝野 和博*

JAEA-Research 2006-013, 39 Pages, 2006/12

JAEA-Research-2006-013.pdf:4.57MB

沸騰水型軽水炉(BWR)炉心シュラウドなどにおいて低炭素オーステナイト系ステンレス鋼の応力腐食割れ(SCC)発生が報告されている。機構解明のためにBWR炉心シュラウドから採取されたサンプル(SUS316L)の3次元アトムプローブ分析を行った。その結果、粒内において偏析及び析出物生成,スピノーダル分解などに伴う溶質元素の不均一分布は観察されなかった。また、結晶粒界の分析の結果、粒界において原子層レベルでも明確なCrの欠乏層が存在しなかったことから、低炭素ステンレス鋼のSCCにはCr欠乏による耐食性劣化とは異なるき裂進展機構が存在することが明確に示された。他の溶質元素についてはMo及びSiが、粒界において従来のFE-TEM/EDSによって分析された濃度値よりも高濃度で濃縮している可能性が示唆された。

イオン照射したステンレス鋼の腐食特性に及ぼす変形拘束の影響

近藤 啓悦; 三輪 幸夫; 大久保 成彰; 加治 芳行; 塚田 隆

no journal, , 

照射したSUS316Lオーステナイト系ステンレス鋼の腐食特性変化に及ぼす変形拘束の影響を調べるため、平板試験片を曲げ変形拘束により表面に2%及び7%の引張歪み,2%の圧縮歪みを与えた状態で、試験片温度330C,照射量45dpaまで12MeV-Niイオン照射し、それらの腐食特性をシングル・ループ電気化学的再活性化法により調べ耐食性の劣化度を評価した。その結果、照射中の変形拘束の有無によって耐食性の劣化度に変化が生じることが明らかとなった。変形拘束により2%引張歪みを付与して照射した試料は、変形拘束なしで照射した試料よりも再活性化電荷量(Pa値)が小さく、耐食性の劣化が抑制された。また同様に、7%引張歪み付与材でも照射による耐食性劣化が抑制されていた。2%圧縮歪みを付与した試料では、12dpa損傷材においても高い耐食性を示した。報告者らは、既に照射した2%引張歪み付与材において、欠陥シンクにおける溶質元素偏析が抑制される可能性を示したが、7%引張歪み材,2%圧縮歪み材においても同様な応力の効果が生じたと考えられる。

高速炉における自然循環時炉心高温点評価手法の開発

堂田 哲広; 大島 宏之; 上出 英樹; 渡辺 収*; 大久保 良幸*

no journal, , 

ナトリウム冷却高速炉の実用化に向けて、経済性及び受動的安全の観点から完全自然循環方式での炉心崩壊熱除去システムの採用が検討されている。本報では自然循環時の炉心高温点を評価するための新しい手法を紹介する。本手法は自然循環時の熱流動特性である集合体間熱移行,浮力による集合体内及び炉心内の流量再配分を取り込むため、3ステップで構成される。本手法を外部電源喪失事象に適用し、解析結果を従来手法及び詳細3次元解析の結果と比較し、本手法が合理的な保守性をもって炉心高温点を評価できることを確認した。

高速増殖実証炉に向けた炉心概念検討,1; 全体概要

大久保 努; 大木 繁夫; 小倉 理志*; 大久保 良幸*

no journal, , 

2025年頃の実証炉の実現に向けて、先進ループ型ナトリウム冷却高速炉(JSFR:Japan Sodium-cooled Fast Reactor)の出力75及び50万kWe炉心概念に関する設計検討を進めている。本報では、その全体概要として、現状を報告する。実証炉の概念検討においては、炉心の設計目標,要求及び条件として、150万kWe級のJSFR実用炉と同一の設定を行っている。炉心を構成する燃料集合体や燃料棒の設計も、それらの実証という観点に基づき、基本的に同一のものとすることを基本方針としている。また、燃料組成に関しては、実用炉で想定しているMA含有燃料組成に加え、2025年頃の燃料サイクルの状況を踏まえ、現行の軽水炉使用済燃料再処理から得られる高除染U-Pu組成も想定した条件を設定している。これまでの炉心設計検討の結果、上記の設計条件を満足する炉心設計が可能との見通しを得るとともに、想定した燃料組成の幅に起因する炉心特性の変動幅を把握した。

ナトリウム冷却小型炉の崩壊熱除去系フローダイオード性能試験

相澤 康介; 近澤 佳隆; 白石 直*; 坂田 英之*; 大久保 良幸*

no journal, , 

実用化戦略調査研究におけるナトリウム冷却小型炉では、崩壊熱除去系として原子炉の上部及び下部プレナムに貫通部を設けるDRACS(直接炉心冷却系)の採用を検討しており、定常運転時の逆流を抑制するためにフローダイオードを貫通部に設置する計画である。本検討では、ナトリウム冷却小型炉(電気出力50MWe及び300MWe)の崩壊熱除去系に設置することを対象にしたフローダイオードの性能試験を実施し、その成立性を評価した。