液体金属ナトリウム中の目視検査装置の開発

相澤 康介

保全学, 22(3), p.70 - 71, 2023/10

原子力機構が中心となって開発を進めている液体金属ナトリウム中の目視検査装置が2023年度日本保全学会賞・先進実践賞を受賞した。本稿では、受賞対象のナトリウム中目視検査装置の開発内容を紹介した。実用化段階におけるナトリウム中目視検査装置への要求を満足するシステムとして、開口合成法に光受信センサを組み合わせたシステムを提案した。提案したシステムにおける開発の着眼点を明らかにし、センサの高度化を図った。改良したセンサを用いて、水中及びナトリウム中の画像化試験を実施し、2mmの解像度が得られることを確認した。

Study of coupled waves of cylinder walls and internal liquid based on cylindrical shell theory and wave equation

三上 奈生*; 植木 祥高*; 芝原 正彦*; 相澤 康介; 荒 邦章

Journal of Sound and Vibration, 561, p.117797_1 - 117797_14, 2023/05

https://doi.org/10.1016/j.jsv.2023.117797

In the present study, we focus on coupled waves of cylinder walls and an internal liquid, one of the important issues in various fluid machinery including nuclear reactors. The main objective of this study is to propose a novel method to predict coupled wave frequencies based on the cylindrical shell theory and wave equation with the consideration of the fluid added mass. First, we introduce the fluid added mass to consider the effects of the liquid mass. Second, we discuss the vibration behavior of cylinder walls and sound propagation of an internal liquid separately to describe the coupled wave theoretically. In this discussion, we derive dispersion relations of the cylinder walls and internal liquid based on the shell theory and wave equation in the cylindrical coordinates, respectively. To validate our proposed theory, we conduct an experiment on the coupled waves using a SUS304 pipe as a cylinder and water as an internal liquid. As a result of frequency analysis based on the power spectral density (PSD), we confirm that the coupled waves occur without any external vibration sources, and the vibration modes and the most prominent vibration mode vary with the flow rate of the internal water.

Boiling sensing based on acoustic recognition and deep learning

植木 祥高*; 橋本 俊作*; 芝原 正彦*; 相澤 康介; 荒 邦章

Proceedings of 30th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE30) (Internet), 5 Pages, 2023/05

In sodium-cooled fast reactors, coolant boiling in reactor cores is one of the important phenomena in the safety assessment. Our final target of the present study is to realize the acoustic anomaly detection of the boiling inception in actual reactors. In the actual environment, various sorts of noises are expectedly superposed on accidental boiling sounds. It is inevitable to distinguish the boiling sounds from the superimposing hostile disturbance with high accuracy. To achieve this, we utilize machine learning techniques and assess the feasibility of boiling sensing based on acoustic recognition and deep learning. In the present study, we employ an autoencoder to denoise boiling sounds, and a convolutional neural network to detect the boiling inception. The boiling acoustics have not been fully understood yet. In the present study, we find that some characteristics of the boiling acoustics are consistent with the resonance vibration of the heating body. This finding contributes to elucidating the physics of boiling acoustics.

先進ループ型ナトリウム冷却高速炉の炉心出口部における高サイクル熱疲労の防止に関する実験研究; 炉上部構造下部における温度変動の特徴と温度変動緩和方策

小林 順; 相澤 康介; 江連 俊樹; 長澤 一嘉*; 栗原 成計; 田中 正暁

JAEA-Research 2022-009, 125 Pages, 2023/01

JAEA-Research-2022-009.pdf:29.22MB

先進ループ型ナトリウム冷却高速炉の設計研究が日本原子力研究開発機構で実施されてきた。炉心出口部では、燃料集合体からの高温ナトリウムが制御棒チャンネルや径ブランケット集合体からの低温ナトリウムと混合するために温度変動が生じる。この温度変動によって、炉心上部に位置する炉内構造物の底部周辺に高サイクルの熱疲労が引き起こされる可能性がある。このため、先進ループ型ナトリウム冷却炉の上部プレナムを1/3スケール60度セクタで模擬した試験体を使用した水実験を実施し、炉内構造物の下部で発生する大きな温度変動への対策を検討した。本報告では、炉内構造物下部で発生する温度変動を緩和させる対策構造の効果について確認するとともに、対策構造のRe数依存性や制御棒表面における温度変動の特徴など、得られた知見についてまとめた。

Investigation on natural circulation behavior for decay heat removal in reactor vessel of sodium-cooled fast reactor under severe accident condition, 1; Effect of decay-heat conditions on natural circulation behavior under dipped-type DHX operation conditions

辻 光世; 相澤 康介; 小林 順; 栗原 成計

Proceedings of 12th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS12) (Internet), 6 Pages, 2022/10

ナトリウム冷却高速炉(SFR)において、炉心溶融を含むシビアアクシデント時の安全性強化のため、炉内冷却機器の設計と運用を最適化することが重要である。SFRの原子炉容器を模擬した1/10縮尺の水試験装置を用いて、原子炉容器内部の自然循環現象を把握するための水試験を実施している。本報では、炉心燃料とコアキャッチャ上の燃料デブリの発熱割合が原子炉容器内部の自然循環挙動へ与える影響を調査するために、浸漬型DHXを運転した条件で実施した実験結果を示す。全体の発熱量を一定として、全体の発熱量に対するコアキャッチャ上の燃料デブリの発熱割合を20%, 80%とした2条件で原子炉容器内部の温度分布及び流速分布を計測した。炉心部とコアキャッチャ上の燃料デブリの発熱割合による炉容器内の自然循環挙動への影響を定量的に把握した。

Investigation on natural circulation for decay heat removal in reactor vessel of sodium-cooled fast reactor

相澤 康介; 辻 光世; 小林 順; 栗原 成計; 三宅 康洋*; 中根 茂*; 石田 勝二*

Proceedings of International Conference on Fast Reactors and Related Fuel Cycles; Sustainable Clean Energy for the Future (FR22) (Internet), 10 Pages, 2022/04

ナトリウム冷却高速炉の安全性強化に向けた炉内冷却機器の設計と運用の最適化に資するため、シビアアクシデント時を含む炉容器内の自然循環による崩壊熱除去特性を把握するために1/10縮尺水試験を実施した。本試験装置は、浸漬型DHX,貫通型DHX及びRVACSの3種類の冷却機器を有しており、かつ炉内各所に溶融燃料を模擬した電気ヒータを設置している。これより、本試験装置では、様々な条件下での炉容器内の自然循環による崩壊熱除去特性を把握することができる。本研究では、浸漬型DHX, RVACS運転時の炉容器内自然循環特性を温度計測試験及びPIV計測より検討した。さらに、温度変動がPIV計測に与える影響を定量的に評価した。

先進的なナトリウム冷却高速炉の炉心出口部におけるサーマルストライピング現象に関する水流動試験,1; 制御棒周辺部の温度変動緩和対策の提案

小林 順; 相澤 康介; 江連 俊樹; 栗原 成計; 田中 正暁

保全学, 20(3), p.89 - 96, 2021/10

先進的なナトリウム冷却高速炉の炉内構造物(UIS)の底部板において、燃料集合体からの高温のナトリウムが制御棒チャンネルやブランケット集合体からの低温のナトリウムと混合する。炉心出口と低温チャンネル間の異なる流体温度の混合によって発生する温度変動は、UIS下部周辺の構造物に対して、高サイクル熱疲労の原因となる可能性がある。このため、Advanced-SFRの上部プレナムを1/3スケール60度セクタでモデル化した試験体を使用して、UIS下部周辺で発生する有意な温度変動に対する対策を試験する水流動試験を行った。その結果、温度変動強度を緩和する対策の効果が確認された。

Velocity distribution in the subchannels of a pin bundle with a wrapping wire; Evaluation of the Reynolds number dependence in a three-pin bundle

相澤 康介; 檜山 智之; 西村 正弘; 栗原 成計; 石田 勝二*

Mechanical Engineering Journal (Internet), 8(4), p.20-00547_1 - 20-00547_11, 2021/08

https://doi.org/10.1299/mej.20-00547

商用化を目指したナトリウム冷却高速炉では高燃焼度の炉心設計を指向している。ナトリウム冷却炉では燃料ピン間にワイヤスペーサを設けており、このスペーサの機能は冷却材流路の確保及びサブチャンネル間の混合促進である。高燃焼度化の燃料集合体では、熱伸びに起因する燃料ピンの変形により局所的な流量減少及びこれに起因する除熱能力の低下が懸念される。このため、ワイヤスペーサ型ピンバンドル内の流速場を理解することは重要となる。本研究では、層流域から乱流域まで条件下におけるワイヤスペーサ型ピンバンドル内の流速場を把握するため、3ピンバンドル体系試験装置を用いた試験を実施した。試験結果より、ワイヤから離れた位置において、Re数低下に伴い無次元化速度は増大することが明らかになった。また、ワイヤスペーサを外した体系での試験も実施し、層流域においてワイヤによる混合が生じていることを確認した。本研究の試験結果は、ピンバンドル内の流動場を理解するためだけでなく、コード検証にも資する。

Development and application of a He neutron spin filter at J-PARC

奥平 琢也; 奥 隆之; 猪野 隆*; 林田 洋寿*; 吉良 弘*; 酒井 健二; 廣井 孝介; 高橋 慎吾*; 相澤 一也; 遠藤 仁*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 977, p.164301_1 - 164301_8, 2020/10

https://doi.org/10.1016/j.nima.2020.164301

We are developing a neutron polarizer with polarized He gas, referred to as a He spin filter, based on the Spin Exchange Optical Pumping (SEOP) for polarized neutron scattering experiments at Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) of Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). A He gas-filling station was constructed at J-PARC, and several He cells with long spin relaxation times have been fabricated using the gas-filling station. A laboratory has been prepared in the MLF beam hall for polarizing He cells, and compact pumping systems with laser powers of 30 W and 110 W, which can be installed onto a neutron beamline, have been developed. A He polarization of 85% was achieved at a neutron beamline by using the pumping system with the 110 W laser. Recently, the first user experiment utilizing the He spin filter was conducted, and there have been several more since then. The development and utilization of He spin filters at MLF of J-PARC are reported.

Study on cooling process in a reactor vessel of sodium-cooled fast reactor under severe accident; Velocity measurement experiments simulating operation of decay heat removal systems

辻 光世; 相澤 康介; 小林 順; 栗原 成計; 三宅 康洋*

Proceedings of 2020 International Conference on Nuclear Engineering (ICONE 2020) (Internet), 5 Pages, 2020/08

https://doi.org/10.1115/ICONE2020-16796

ナトリウム冷却高速炉(SRF)において、炉心溶融を含むシビアアクシデント時の安全性強化のため、炉内冷却機器の設計と運用の最適化が重要である。SFRの炉容器を模擬した1/10縮尺水試験装置を用いて、原子炉容器内の自然循環現象を把握する水試験を実施している。本報では粒子画像流速計測法(PIV)によって計測した炉容器内の自然循環流動場について報告する。炉心燃料の20%が下部プレナムのコアキャッチャ上に一様に堆積した場合に、浸漬型熱交換器を運転する条件で試験を実施した。PIV計測の結果、下部プレナム及び上部プレナムの中心付近で上昇流を確認した。また、上部プレナムでは炉壁近傍、下部プレナムでは炉心最外層から下降流が発生することを確認した。さらに温度場と速度場の関連性を検討することで、炉容器内の自然循環現象を把握した。これらの結果より、浸漬型DHX運転時に自然循環冷却パスが確立していることを確認した。