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加藤 正人; 豊島 光男; 飯村 直人; 上村 勝一郎
PNC TN8410 97-065, 147 Pages, 1997/03
水炉用MOX燃料の高燃焼度化を達成する方策として有効な,ガドリニア添加MOX燃料の照射挙動及び健全性評価を目的に、ノルウェーのハルデン炉で行う照射試験用燃料として中空ペレットスタックの中空部にガドリニア棒を挿入したDuprexタイプ燃料を含む24本の燃料要素を製造した。本報告書では、照射試験燃料製造の過程で得られた種々の知見について、ガドリニア棒の開発、燃料ペレットの製造及び燃料要素の加工の各段階に分けてまとめた。1. ガドリニア棒の開発バーナブルポイズン量を同一に保ちながら、セラミック棒の強度を保持するためGd2O3棒以外に、希釈材を添加した太径の棒も開発することにした。そのため、希釈材としてZrO2を採用した。Gd0.405Zr0.595Oy、Gd0.5Zr0.5Oyの試料を製作し、融点、熱安定性等の測定を行った。融点はそれぞれ、2510
及び2360を得、Gd0.405Zr0.595Oyは蛍石型構造が安定で、1700まで形状変化がなく、Gd0.5Zr0.5Oyはパイロクロア構造が現れることを確認した。また、照射材料としてGd0.405Zr0.595Oy及びGd2O3の細径長尺棒を押し出し成形で製作し、1700まで形状が変化しないことを確認し、照射材料として十分に供与できることを確認した。2. 燃料ペレットの製造(1) 使用する原料粉末の焼結特性を把握し、対策を施す(本試験においては、使用するPuO2粉末を粉砕することにより焼結性を向上させ、一方の天然UO2粉末は、800で熱処理することにより焼結性を抑制し両者の焼結時の収縮特性を合わせた。)ことによりペレット密度約95%TDを得ることが出来た。(2) ウイズドロアル式プレス機での成形時の上下圧バランスの状態を、上パンチ停止後にダイ停止させることにより、焼結後のペレット形状が台形になるのを防ぐのに適切な条件であることを見い出した。3. 燃料要素の加工ガドリニア棒入り燃料要素の製造は、半自動で行ったことから特に問題は発生しなかった。しかし、今後、大量生産を可能にするためには、自動化は不可欠である。そのため、設計段階での工夫が必要である。特に、ガドリニア棒径と中空ペレットの内径の差は、自動化レベルとの兼ね合いで最適化を図る必要がある。
関 正之; 西山 元邦; 石橋 藤雄; 本木 和彦*; 上村 勝一郎; 豊島 光男; 平子 一仁*
PNC TN8410 97-055, 19 Pages, 1997/03
溶接部超音波検査法は、PMW(パルス磁気溶接)法やPRW(抵抗溶接)法といった固相接合法により発生する溶接欠損の探傷法開発を目的に、装置開発、標準試験片開発等として行ってきた。そしてそれらの中で固相接合法だけでなく、従来の融接法(TIG溶接法)による端栓と被覆管の突き合わせ溶接部についても探傷試験を行い、X線検査法との比較も試みた。(PNCPN841094-010、PN841093-074、PN841096-050にて報告。)これらの試験からPRW法やTIG溶接法の溶接部に発生する欠陥において、端栓と被覆管の境界面及びその溶接部の近傍に発生する欠陥は、内部状態(PRW法=内バリ、TIG法=アンダーカット等)による超音波反射エコーが複雑になり、本来目的とする欠陥エコーの分離、判定が難しい。という問題が生じた。また、PRW法の場合、溶接欠損の有無だけでなく、接合面に生ずるミクロ的な材料変化が、溶接部の強度に大きな影響を及ぼすことが、SEM及びTEM等による観察からわかってきた。本報告書は、これら混在する超音波エコーの分離と材料変化を非破壊検査により定性・定量化するための基礎データの収集を行うために、今年度制作したAスコープメモリー装置の開発、据付及び性能試験についてまとめたものであり、今後の開発課題について検討を加えたものである。
関 正之; 平子 一仁*; 西山 元邦; 豊島 光男; 石橋 藤雄; 井坂 和彦*; 上村 勝一郎
PNC TN8410 96-050, 59 Pages, 1996/02
溶接部超音波検査法は、平成元年度よりPMW(パルス磁気溶接)法による固相接合法溶接部欠陥探傷および固相接合長さの測定を目的に検査法の確立と検査装置の開発を行ってきた。そしてこれら開発試験の中から装置のノイズと対策と探傷駆動条件の安定の2つを今後の課題とした。(PNC PN8410 94-010、PN841093-074にて報告。)現在、新たに開発を進めているPRW(抵抗溶接)法の溶接部に発生する溶接欠陥は微細であり、クラック形状となるため、PMW法以上に現行のX線検査による検査が困難となる。そこでPMWと同様に超音波による溶接部検査法の開発を行うこととした。しかし、PRW溶接部の形状は、PMWのそれと異なっており、溶接部に発生する欠陥形状も異なることから溶接部超音波検査装置の改造を行い、新たな検査方法の開発に着手するとともに問題となっていた装置のノイズ対策と探傷駆動条件の安定性の確保についても解決を図った。また、今後、PMW、PRWの品質保障体制を確立する上で参考とするためTIG法溶接部の欠陥探傷についても試験を行い検討を加えた。
横田 渉; 奈良 孝幸; 荒川 和夫; 井出 勝*; 上村 豊*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 122(1), p.141 - 148, 1996/00
被引用回数：2 パーセンタイル：30.98(Instruments & Instrumentation)ECRイオン源による金属イオン生成を、Al
O
,MoC,BN等の8種類の棒状セラミックを直接プラズマに挿入する方式を用いて行い、6種類のものから安定なイオンビームを得た。これらの物質の固相及び凝縮相からの可能な分解反応に対して、熱力学的計算により求めた蒸気圧は9桁にわたっていた。金属イオンビームの安定性とプラズマに曝されたセラミックの表面状態には明らかな相関が見出され、これらは蒸気圧を以て説明することが可能である。このことは気化が昇華として理解できることを示している。プラズマイオンのエネルギーはスパッタリングのしきいエネルギーと同程度なため、気化に対するスパッタリングの寄与は小さいと考えられる。
奈良 孝幸; 横田 渉; 荒川 和夫; 田中 隆一; 井出 勝*; 上村 豊*
INS-J-182, 0, p.246 - 249, 1995/09
原研、高崎研究所のECRイオン源で金属イオンを生成する試験を行った。金属イオンを生成するには、金属元素を含むものをプラズマ中へ入れなければならない。このための方法は、いろいろな方法が考えられるが、我々は、常温・空気中で安定であること、取り扱いが容易であることや、高融点であるセラミックのロッドを用いた方法で、金属元素をプラズマの熱により蒸発させることによりプラズマに取り入れた。このセラミックロッドは、電気化学工業との共同研究により調整され、ECRイオン源において金属イオンの生成に適した物質および物性を探索した。
上村 勝一郎; 河野 秀作; 高橋 邦明*; 矢野 総一郎; 加藤 正人; 菊池 圭一; 富田 豊*
PNC TN8410 95-210, 511 Pages, 1995/07
ATR実証炉用MOX燃料の日負荷追従運転時の燃料挙動評価と燃料の健全性の確認を目的として、ハルデン炉において1985年11月より1993年5月まで、7本の試験燃料棒(IFA-554rod1
rod6及びIFA-555rod1)について23回の出力サイクル試験が行われた。照射期間を通じて燃料照射挙動として、燃料中心温度、燃料棒伸び、燃料スタック伸び及び燃料棒内圧データが炉内計装により採取されたが、照射試験を行った7本の試験燃料棒のうち2本の燃料棒(IFA-554rod1及びrod5)については照射中に破損したことが判明し、また、1本の燃料棒(IFA-555rod1)については非破壊試験の結果、破損の可能性のあることが認められた。本報告書では、これらの破損し、または破損の可能性のある3本の燃料棒(IFA-554rod1、rod5及びIFA-555rod1)の非破壊試験結果と先に行ったIFA-554rod5の破壊試験結果及び破損が無く健全に照射試験を終了した4本の試験燃料棒についての非破壊試験結果についてまとめるとともに、これらの結果をもとに破損した燃料棒の破損原因について、これまでに検討した解析・評価結果についてとりまとめ、今後の検討課題を整理した。
奈良 孝幸; 横田 渉; 荒川 和夫; 井出 勝*; 上村 豊*
INS-T-534, 0, p.45 - 50, 1995/02
高崎研のECRイオン源(OCTOPUS)で金属イオンを生成する試験を行った。金属イオンを生成するには、金属元素をガス状にしてプラズマ中へ取り入れなければならないが、常温・空気中で安定であることや、高融点であるセラミックを用いた方法でプラズマの熱で金属元素を蒸発させた。このセラミックは、電気化学工業との共同研究により調整され、イオン源において、金属イオンの生成に適した物質および物性を探索した。
上村 勝一郎; 井坂 和彦*; 関 正之; 豊島 光男; 石橋 藤雄
PNC TN8410 95-029, 47 Pages, 1995/01
(目的)新被覆管材料開発の一環として行われている、Fe-Ni基オーステナイト鋼(以下、「高Ni鋼」と言う。)は将来、高速増殖炉炉心燃料用被覆管として有望視されている。そこで従来からSUS316相当鋼の燃料用被覆管の端栓溶接法として採用している、タングステンイナートガス(以下、「TIG」と言う。)溶接法を用いて溶接試験を行い、高Ni鋼の溶接の可能性を把握する。(方法)評価対象の高Ni鋼としては、40S材及び43G材を用い、溶接特性は主に、実績データの豊富なSUS316相当鋼との比較によるところとし、溶接欠陥の有無、引張試験、単軸クリープ試験、圧縮疲労試験等の機械強度等の測定を行った。(結果)1.断面金相試験において、溶接部は40S材及び43G材ともSUS316相当鋼と同様な柱状晶組織が得られ、アンダーカット、クラック、ピンホール、肩垂れ等の有害な欠陥は発生しなかった。また溶接ビードの特異な盛り上がりも無かった。2.引張試験において、常温引張強度は40S材及び43G材ともSUS316相当鋼より強かった。しかし、素管と比較した引張強度は、母材強度に対して40S材は12%減であるのに対し、43G材は30%減となり、強度低下が大きくなった。これに対し高温(650
C)引張強度は、母材の高温(650C)引張強度に対して40S材及び43G材ともに約13%減となった。3.単軸クリープ試験において、クリープ破断強度は40S材及び43G材ともSUS316相当鋼より高くなった。また43G材が40S材よりクリープ破断強度が大きくなった。4.圧縮疲労試験において圧縮疲労強度は40S材及び43G材ともSUS316相当鋼より高くなった。また43G材は40S材より破断回数で2倍程度の値を示した。(結論)今回行った試験結果から高Ni鋼(40S材及び43G材)のTIG溶接法による端栓溶接は可能である。この材料は端栓側(深さ方向)への溶け込みが浅く、試験当初被覆管肉厚以上の溶け込みを確保できなかったが、溶接中に電極の位置を被覆管側に移動する方法を採用したことにより解消された。また、機械的強度についても、いずれの鋼種ともSUS316相当鋼よりも高強度を示した。
上村 勝一郎; 関 正之; 豊島 光男; 中島 勝昭; 宮内 正美; 飛田 典幸
PNC TN8410 95-023, 130 Pages, 1995/01
本要素は、「もんじゅ」炉心性能の確認、炉心設計手法の開発等に資するため、「もんじゅ」性能試験において出力分布測定試験に用いるものである。この出力分布測定試験は、中性子検出箔(核分裂箔及び放射化箔等)を内封する中性子検出要素(以下、"箔ホルダー"と言う。)を試験用集合体の中心に挿入し、炉心で照射することによって出力分布等の測定を行う。箔ホルダー内には、下部端栓付被覆管内にステンレス製のスペーサペレット及び箔押さえバネ等によって中性子検出箔が所定の位置に保持されている。また、箔ホルダーの上部端栓をヘリウムガス雰囲気中でTIG溶接法により溶接することによって箔ホルダーを密封する。核分裂中性子箔(Pu、EU、DU箔)は、ベルギーと米国から輸入され、汚染の拡散等を防止するためにあらかじめ大洗工学センターのDCAにおいてAlシートによりラッピングされた。プルトニウム燃料開発室では、平成4年11月9日から同12月3日及び平成5年1月18日から同1月21日(計22日間)にわたり、中性子検出箔、箔封入カプセル及びスペーサペレット等を箔ホルダーに組込み、各種検査を行って箔ホルダーを完成させる作業を実施した。本作業は、「もんじゅ建設所技術課」、「技術開発推進部品質保証室」、「プルトニウム燃料工場検査課」及び「安全管理部放射線管理第1課」の協力の下に実施され、炉心燃料領域及び中性子しゃへい体領域用として43本、ブランケット燃料領域用として21本の計64本の箔ホルダーを製造することができた。「もんじゅ」サイト側への輸送は、平成5年12月20日に無事実施された。本報告書は、箔ホルダーの製造に係わるデータ(サーベランスデータ)をまとめたものである。
飯村 直人; 豊島 光男; 小幡 真一; 飛田 典幸; 宮内 正美; 深川 節男; 上村 勝一郎
PNC TN8410 94-224, 108 Pages, 1994/06
本報告書は、「常陽」運転工程第29サイクルから照射開始予定のB型試験用集合体(B9)に装荷するLDP-3特殊燃料要素の製造、加工における諸データを整理、収録したものである。LDP-3特殊燃料要素は、概念設計段階におけるFBR大型炉燃料仕様を基に、種々の燃料概念をパラメータとする燃料ピンを到達燃焼度130,000MWd/tを目標に「常陽」において照射し、大型炉燃料の設計研究の妥当性の確認、高性能材料を被覆管材〔高Niオーステナイト系ステンレス鋼(PNC1520)及びオーステナイト系ステンレス鋼(PNC1525)〕とする燃料ピンの高燃焼度における照射挙動データを取得することを目的としたものである。燃料ピン外径は8.5MMであり、これまでの太径ピン照射試験(LPD-1、2試験)での7.5MMに比べて大型炉燃料仕様により近い形状になっている。また、中空ペレットを用いての本格的な照射試験であることも大きな特徴である。さらに被覆管材の一としてオーステナイト系ステンレス鋼(PNC1525)については、燃料ピンでの初めての照射となる。
野上 嘉能; 加藤 直人; 豊島 光男; 飛田 典幸; 石田 忍; 深川 節男; 上村 勝一郎
PNC TN8410 93-230, 100 Pages, 1993/08
本報告書は、「常陽」運転工程第25サイクルから照射開始予定のB型特殊燃料集合体(B8)に装荷する特殊燃料集合体特殊燃料要素(FMS)の製造、加工における諸データを整理、収録したものである。照射試験は、炭化物析出強化フェライト/マルテンサイト鋼(以下PNC-FMSという)で被覆した燃料要素を到達燃焼度16万MWd/t以上を目標に照射し、PNC-FMSの長寿命燃料被覆管への適用性、並び現在鋭意開発を進めているODSフェライト鋼にも共通するフェライト系材料の燃料被覆管への適用性を評価して高性能燃料実用化方策に反映させることを目的とする。なお、本試験は日米長寿命燃料開発共同研究の一環として実施され、PNC-FMS被覆管燃料要素に加えて米国のフェライト/マルテンサイト鋼HT-9Mで被覆された燃料要素を同時照射して、両鋼の照射特性比較を行うことも、目的の一つになっている。燃料要素は、被覆管材質が2種類、ペレット密度とギャップ幅が2種類でこれらを組み合わせ4種類
2本の合計8本を製造した、本燃料要素は1991年10月に製造を開始し、1992年3月に加工を終了した。
野上 嘉能; 加藤 直人; 豊島 光男; 石田 忍; 飛田 典幸; 上村 勝一郎
PNC TN8410 93-200, 78 Pages, 1993/06
本報告書は,「常陽」運転工程第25サイクルから照射開始予定のB型特殊燃料集合体(B8)に装荷する特殊燃料集合体特殊燃料要素(HAM)の製造,加工における諸デ-タを整理,収録したものである。本特殊燃料要素の照射試験目的は,TRU消滅処理研究の一環として241Am含有率の高いペレットを充填した燃料ピンを高速炉で照射し,TRU燃料ピン照射のための其礎デ-タを取得するものである。本特殊燃料は241Am含有量が高く(241Am/METAL=0.90wt%)かつ6.5mm径の被覆管に装荷可能なA1M09ピンを解体し,試料ペレットを再充填したものである。本特殊燃料要素は,1991年5月にA1M09ピンの解体を行い,1991年10月に要素製造を終了した。
関 正之; 平子 一仁*; 西山 元邦; 豊島 光男; 井坂 和彦*; 飛田 典幸; 上村 勝一郎
PNC TN8410 93-074, 74 Pages, 1993/04
現在,開発を実施しているPMW(パルス磁気溶接)法は,固相接合となるため,従来の融接法と異なった接合状態と接合欠陥が発生する。また,PMW法の場合,その溶設強度を担保する上でその接合長さの測定が,重要な役割を占めている。従来,溶接部の欠陥検査はX線による透過撮影法により行われてきたが,PMW法により発生しうる溶接欠陥は,X線の解像度(
200
m程度)より小さく,しかもPMW法溶接部の強度評価において最も重要である接合長さの測定が行えない。そこで従来のX線法に変わる固相接合面の検査方法として超音波を利用した検査装置の開発に取り組みその駆動機構の設計,製作,試運転の結果を1991年に(PNC PN8410 91-010)報告した。本報告書は,この駆動装置に新たに付加した画像処理システムの設計,製作,試運転の報告と超音波の検査に不可欠である標準試験片の設計,製作並びにPMW試料溶接部の超音波検査試験に関するものである。
西山 元邦; 平子 一仁*; 関 正之; 飛田 典幸; 長井 修一朗; 上村 勝一郎; 豊島 光男
PNC TN8410 91-221, 67 Pages, 1991/08
高強度フェライト/マルテンサイト鋼製被覆管(以下『高強度F/M鋼製被覆管』と称す。)は,日米左同研究に基づき平成4年度から高速増殖炉 実験炉「常陽」のB型特殊燃料集合体としての燃料照射試験が予定されている。ところが高強度F/M鋼製被覆管材は燃料要素加工時の溶接により溶接部近傍が焼入硬化し,延性,じん性等が劣る。そこで溶接後の熱処理が行える装置を新たに開発し,B型特殊燃料集合体の製造に反映させる事が必要となった。溶接部の局部熱処理を行うために装置の設計,製作を行い,装置の基本特性を把握するための性能試験及び熱処理試験を実施した。(1) 規定真空度(110-3Pa)までの到達時間は,約45分であった。(2) プログラムのコントロール機構(昇温,保持,降温)が設定通りに作動することを確認した。(3) 放射温度計の感知温度は,放射温度計の当たる部分の形状の変化によって大きく変わってしまう。(4) 本装置による試料の熱処理において,溶接による焼入れ硬化部の最高硬さは600Hvであったのに対し,熱処理後の溶接部近傍硬さは280320Hvまで軟化している事を確認した。(母材硬さは265Hv)(5) 高周波誘導加熱による溶接部の局部を熱処理する方法を採用し,加熱幅は約5mmに限定でき,且つ,熱処理時間は50分/本と短時間で行なえた。上記の結果から本装置の性能を総合して評価すると,概ね当初の設計性能を満足するものであり,溶接部の熱処理は可能であると判断できる。但し溶接部の形状及び光沢の違いにより熱処理温度にバラツキが生じるため,これらの温度制御の方法の確立と熱処理温度と鋼の焼き戻し硬さの関係の明確化が今後の課題と思われる。
