超音波式水素濃度モニターの開発; 水素社会の実現に向けて

荒 邦章; 平林 勝*

CROSS T&T, (71), p.10 - 14, 2022/07

原子炉施設の過酷事故時に適用可能な超音波技術の応用による水素濃度モニターの開発を行なった。本報では超音波応用の原理や特徴の紹介から、開発成果として試作体の性能(測定精度,時間応答性など)や耐環境性能について解説する。併せて、開発技術の応用について紹介する。

Experimental application of ultrasonic flowmeter for TEF-T LBE spallation target system

大林 寛生; 平林 勝; Wan, T.; 佐々 敏信

Proceedings of 17th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-17) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2017/09

JAEA has been performing various R&Ds for ADS as a dedicated system for the transmutation of long-lived radioactive nuclides such as MA. The ADS utilizes the lead-bismuth eutectic (LBE) alloy as a spallation target material and a coolant. JAEA planning a construction of ADS target test Facility (TEF-T) under the framework of J-PARC project as a preliminary phase before the construction of demonstrative ADS. A major role of TEF-T is to acquire the irradiation data of candidate structural materials by using LBE spallation target system. The flow-monitoring device is one of the indispensable components to assure the safety of target system and to maintain the material irradiation condition. LBE is obviously opaque heavy liquid metal, and it is used in a high temperature condition. The goal of this study is to develop a durable and a reliable flowmeter for LBE spallation target system. To measure the flowing velocity in high temperature liquid metal, JAEA has been developed a flow-monitoring device by using ultrasonic. At first, we assessed several requirements for developed device by thermal-fluid and structural analysis. To overcome these requirement, we developed the plug immersion type of ultrasonic flowmeter. As a result of application test, it was successfully confirmed usefulness of the developed ultrasonic flowmeter under demonstration condition of TEF-T environment.

超音波を用いた高温鉛ビスマス流動の計測技術開発

大林 寛生; 平林 勝

可視化情報学会誌(USB Flash Drive), 36(Suppl.2), 2 Pages, 2016/10

J-PARCでは、原子力機構で研究開発を進めているPb-Bi冷却型加速器駆動核変換システム(ADS)候補材の冷却材流動下における材料照射後試験を主目的として、ADSターゲット試験施設(TEF-T)の実現に向けた研究開発を実施している。TEF-Tでは、ターゲット容器と呼ばれる箇所に候補材を格納し、ビーム窓を介して陽子ビームを照射する。TEF-Tの実現において重要な要素のひとつであるビーム窓は、陽子ビームの入射に伴う熱負荷により極めて厳しい条件に晒されるため、必要な冷却材流量を施設運転期間中に安定的かつ高精度に監視できる計測技術の確立が求められる。Pb-Bi系統の流量計測手法として、国内外を問わず電磁流量計が広く用いられて来たが、鋼材に対する腐食性の高いPb-Biの長期間流動下において、測定部である電極の損耗・劣化の他、析出物の堆積によって出力が安定しない問題が確認されている。このため、本発表では高温、高線量下での長期間運用に対応可能なPb-Bi循環流量監視システムの確立を目的として、超音波を用いた流量計測技術の開発を実施した結果について報告する。

高速増殖炉用超音波流量計の開発; 多測線方式超音波流量計の適用性検証

平林 勝; 文字 秀明*; 佐川 寛*

実験力学, 12(4), p.391 - 397, 2012/12

https://doi.org/10.11395/jjsem.12.391

In a conceptual design study on a commercial Fast Breeder Reactor, a large-diameter high-chrome steel piping was introduced to shorten the length of the piping. Ordinarily, an electromagnetic flowmeter (EMF) is applied to measure the flow rate of liquid metal such as sodium. However, because the EMF is not well suited to magnetic material, such as high-chrome steel, an ultrasonic flowmeter is being developed to measure the flow rate of sodium. An ultrasonic transit-time method is applied to flow rate measurement. Water-flow tests were carried out using a 1/4 scale model in order to evaluate the effect of the number of ultrasonic propagation paths on applicability to measurement and development requirements. As a result, it was confirmed that linearity of flow rate and measurement response time requirements were satisfied with 2- and 4-paths. Also, it was found that flow rate measured by the ultrasonic flowmeter in the 4-path did not depend on the installation position of the transducer in a piping system with upstream pipe from 3.0 to 3.6 times the piping inner diameter. From the above results, it was verified that the ultrasonic flowmeter is applicable to a commercial FBR by adopting the multi-path system.

Reaction, transport and settling behavior of lead-bismuth eutectic in flowing liquid sodium

宮原 信哉; 大野 修司; 山本 信弘; 斉藤 淳一; 平林 勝

Proceedings of 14th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-14) (CD-ROM), 7 Pages, 2006/07

ナトリウム冷却高速炉の蒸気発生器伝熱管破損事故によるナトリウム-水反応を防止するため、ナトリウムと水との間に液体鉛ビスマス(LBE)を熱媒体として用いる中間熱交換器(AIHX)の概念がある。しかし、AIHXにおけるナトリウム-LBE間の伝熱管が破損した場合には、LBEがナトリウム系に漏えいすることが考えられる。そこで本研究では、400Cの流動するナトリウム中に同温度のLBEを漏えいさせ、その反応挙動及び反応生成物の移行と沈降挙動を実験的に調べた。その結果、漏えいしたLBEは流動するナトリウムと発熱反応することによりBiNaを主成分とする固体粒子状の反応生成物が生じること,これら粒子は凝集してナトリウムループ底部に沈降し濃度は徐々に減衰すること,超音波を利用したLBEの漏えい検出は熱電対による温度上昇測定と同様に有効な漏えい検出器となりうること等を明らかにした。

Development of Ultrasonic Flow Meter for Liquid Lead-Bismuth Flow

平林 勝; 近藤 正聡*; 荒 邦章; 高橋 実*

Proceedings of 13th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-13) (CD-ROM), 0 Pages, 2005/05

Pb-Bi冷却炉用の超音波流量計を開発している。計測原理には伝搬時間差法を適用し、計測に必要な音響物性として、温度に対するPb-Biの音速を計測した。また、温度に対する音速の実験相関式を導出した。超音波流量計の開発、試作を行った。超音波センサの振動子にはニオブ酸リチウムを使用し、500Cまでの耐熱性を確認した。水中、Pb-Bi中試験を実施し、流量計の適用性を実証した。

自己放出ガンマ線を用いたNa透視手法に関する研究; 解析的評価による基本原理の検証

平林 勝; 大高 雅彦; 林田 均; 荒 邦章

JNC TN9400 2003-016, 35 Pages, 2003/04

JNC-TN9400-2003-016.pdf:1.45MB

液体金属Na冷却炉の一次系ききシステム、炉内構造物および冷却材バウンダリの健全性を確認するために、放射化されたNaから放出されるガンマ線を利用した監視・検査技術を提案した。計測手法は、特定方向から放出される複数の光子数に関する情報を基に、コンピュータトモグラフィによってガンマ線源の画像を再構成するものである。 この計測手法について、適用性および開発課題を検討した。以下に、得られた主要な結果を示す。 (1)代表的な一次系主配管の冷却材から放出されるガンマ線の減衰をシミュレーションし、計測手法の適用性を解析的に検討した結果、ガンマ線源の画像が再構成できることを確認した。 (2)検出器の効率を20%とし、1mm程度の分解能を得るための計測時間を検討した。一次系主配管では、検出器一千個を用いて約4分/断面、代表的な蒸気発生器では、検出器一万個を用いて約2日/断面の計測時間である。 (3)本システムを実現するためには、試験研究による計測原理の検証および検出器システムの構築が考えられる。検出器システムの主要な構成要素としては、入射するガンマ線の方向を制限するコリメータ、ガンマ線検出器、スキャナ、信号処理装置および画像処理装置が上げられる。コリメータは、分解能を決定する重要な要素であるため、試験研究と解析的評価を組み合わせて最適な設計を行う必要がある。

模擬雑固体廃棄物の溶融挙動と固化体の特性(受託研究)

中塩 信行; 磯部 元康; 涌井 拓治*; 岩田 圭司*; 木林 辰行*; 金沢 勝雄; 福井 寿樹; 大竹 敦志*; 中島 幹雄; 平林 孝圀*

JAERI-Research 2001-001, 19 Pages, 2001/02

JAERI-Research-2001-001.pdf:1.29MB

模擬雑固体廃棄物を、高周波誘導加熱とプラズマ加熱を併用するハイブリッド加熱方式及び導電性るつぼを用いる高周波誘導加熱方式の2つの溶融方式によって溶融し、雑固体廃棄物の溶融挙動を調べるとともに、溶融固化体の特性を評価した。製作した溶融固化体には強度を損なうような有害な空隙もなく、溶け残りなども見られず、ハイブリッド加熱方式で製作した溶融固化体の一部で見られたボイドの残存も、脱酸素剤を添加することにより低減できた。また、溶融固化体のスラグ層、金属層の化学成分分析、圧縮強度試験、比重測定の結果、溶融処理によって雑固体廃棄物を十分に均質化、安定化できるが溶融炉耐火材・るつぼ材の溶湯への溶け込み及び脱酸素剤が固化体中化学成分に影響を与える場合があることがわかった。一方、安定同位体トレーサーを用いて核種移行挙動を調べた結果、Coは金属層へ、Csはスラグ層に分布し、Csの残存率は加熱方式に影響を受けることがわかった。

ナトリウム漏洩燃焼試験 - スプレーノズルによる液滴径分布測定試験及び評価 -

永井 桂一; 平林 勝; 小野島 貴光; 大木 繁夫; 軍司 稔; 荒 邦章

JNC TN9400 99-030, 123 Pages, 1999/04

JNC-TN9400-99-030.pdf:5.33MB

ナトリウム燃焼解析コードの開発・検証に必要なスプレーノズルによる液滴径分布の実験的知見及び分布計測データを取得するために、水、油等及びナトリウムを用いて液滴径の分布計測試験を実施した。試験では、液滴径生成の支配因子(粘性、表面張力等)とその定量効果を確認するとともに、水とナトリウムの相似則を明らかにするための基礎特性試験及び大規模ナトリウムスプレー燃焼試験(Rum-E1)の水によるスプレー再現試験を行い、大液滴(E1)ノズルでのナトリウムの液滴径分布を予測した。主な成果は以下の通りである。(1)液滴径分布計測方法の信頼性確認位相ドップラー方式の液滴径測定装置を用いて二流体式ノズルによる水等の液滴径分布を計測した結果は、抜山-棚沢分布関数で求めた液滴径分布と比較する限り大きな相違がないことを確認した。(2)液滴径分布に及ぼす支配因子の影響評価1.圧力式ノズルを用いた場合は、二流体式ノズルで得られた液滴径分布と異なり、ノズル構造の違いは液滴径分布に影響を及ぼすことが明らかになった。さらに、二流体式ノズルで検証されている抜山-棚沢分布関数を圧力式ノズルに適用するには分布の違い(実験定数)を考慮する必要がある。2.体積平均直径に影響を及ぼす流体の重要な因子として、粘性及び表面張力が影響を及ぼすことが本試験結果から明らかになった。この関係は、流体の粘性と表面張力による実験相関式で整理した。(1)E1ノズルによる液滴径分布の評価E1ノズルを用いた場合においても小液滴径用のノズルと同じように加圧圧力と体積平均直径の関係や体積平均直径と物性値(粘性、表面張力)との関係を実験係数を用いて整理した。さらに、小液滴径用のノズルにおいて求めたナトリウムの液滴径の分布(体積平均直径と流体の粘性及び表面張力との関係)の実験相関式を用いて、E1ノズルにおけるナトリウムの液滴径分布を推定した。

Application of plasma-induction-hybrid melter to the research on volume reduction and stabilization of low level radioactive solid waste

平林 孝圀; 金沢 勝雄; 藤木 和男; 山手 一記*; 池ノ谷 秀行*

Proc. of Int. Conf. on Incineration & Thermal Treatment Technologies (IT3 Conference), p.261 - 264, 1998/00

低レベル放射性固体廃棄物の減容・安定化の観点から、焼却・溶融処理プロセスについて考察し、プラズマ-誘導複合溶融装置を製作した。種々の発生源から生じる低レベル放射性廃棄物は多くの異なった物質から成っているので、溶融廃棄体を作製するためには、非金属の加熱に有利なプラズマ加熱方式と金属の加熱に有利な誘導加熱方式のパワーバランスをとり、廃棄物の組成に最適な溶融条件下で溶融処理を行う必要がある。プラズマ-誘導複合溶融システム全体の概要、プラズマトーチ及び誘導炉から成る溶融装置、溶融物を固化するための造塊装置、廃ガス浄化装置、廃棄物の投入や測温を行うロボットシステム、溶融時の各種データを収集するためのシステム等について詳細を発表し、試運転の状況について述べる。