In-situ measurement of radiation driven back-conversion from para to ortho liquid hydrogen state in cold moderators at J-PARC

勅使河原 誠; Lee, Y.*; 達本 衡輝*; Hartl, M.*; 麻生 智一; Iverson, E. B.*; 有吉 玄; 池田 裕二郎*; 長谷川 巧*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 557, p.165534_1 - 165534_10, 2024/12

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2024.165534

J-PARCの核破砕中性子源において、水酸化第二鉄触媒の機能性を評価するため、1MW運転時の積算ビーム出力9.4MWhの条件で、ラマン分光法を用いてパラ水素割合をその場測定した。その結果、1MW運転におけて触媒が十分に機能していることが分かった。また、触媒を通さないバイパスラインを用いて、中性子照射によるパラからオルソ水素への逆変換率を調べることを試みた。測定されたオルソ水素割合の増加は、500kW運転で積算ビーム出力2.4MWhの場合に0.44%であった。しかしながら、この結果は、冷中性子モデレータ内で引き起こされた逆変換と、バイパスされた触媒容器中の温度上昇によって発生した準静的オルソ水素のメインループへの受動的滲出との合算であることが示された。

Advanced thermal-hydraulic experiments and instrumentation for heavy liquid metal reactors

Pacio, J.*; Van Tichelen, K.*; Eckert, S.*; Wondrak, T.*; Di Piazza, I.*; Lorusso, P.*; Tarantino, M.*; Daubner, M.*; Litfin, K.*; 有吉 玄; et al.

Nuclear Engineering and Design, 399, p.112010_1 - 112010_15, 2022/12

https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2022.112010

加速器駆動システムや次世代高速炉の一次冷却材として、鉛や鉛ビスマス共晶合金(LBE)などの重液体金属(HLM)が提案されており、欧州では、MYRRHA(LBE)とALFRED(鉛)がHLMを用いたリファレンスシステムとして使用されている。本論文では、プール型とループ型のHLM実験に関するこれまでの経験と現在進行中の活動の概要について述べる。プール実験では、いくつかのシナリオにおける強制循環と自然循環のフローパターンの測定を実施しており、ループ試験では燃料集合体,制御棒,熱交換器のモックアップのような特定の構成要素の評価に重点を置いた試験を実施している。これらの試験では、流量や圧力差などの変数と、温度や速度、振動などのローカルな数量の測定を行っている。測定技術に関してはコンパクトな形状で正確な測定を行うために高温と腐食に耐えることができる高度な計測器が必要であり、従来の技術に加え、光ファイバーに基づく計測器、超音波や電磁力を利用した測定方法について説明する。

Application of noncontact type of ultrasonic flowmeter for high temperature LBE flow

大林 寛生; 八巻 賢一*; 北 智士*; 有吉 玄; 佐々 敏信

Proceedings of 19th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-19) (Internet), 11 Pages, 2022/03

原子力機構では、LBE流れに対し円管外に2つのセンサーを設置する非接触式の超音波流量計を開発した。解決すべき課題は計測配管内での信号の多重反射と固液界面での濡れ性である。これらに対し、固体-固体境界での臨界角の採用と配管内面に対する鏡面仕上げの改善による対応を実施した。350Cの温度条件における適用試験では、LBE流れに対する有用性が既に実証されているプラグ挿入式に相当する性能を示すことを明らかにするとともに、1500時間以上安定的な信号出力が得られることを実証した。

Measurement of liquid metal flows with electro-magnetic probe

有吉 玄; 伊藤 大介*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*

JPS Conference Proceedings (Internet), 33, p.011044_1 - 011044_6, 2021/03

https://doi.org/10.7566/JPSCP.33.011044

To clarify the flow characteristics of liquid metal flows has sufficient importance for safety measures of severe accident such as piping rupture accident of steam generator in an ADS since the core reactivity is affected by bubbles coming into sub-critical fuel region. LBE has been chosen as one of the candidates of a spallation target and a coolant for such a reactor due to its adequate physical properties. However, the flow characteristics of such liquid metal flows have been poorly understood since the measurement techniques for the liquid metal flows are not well established. Therefore, in this study, an electro-magnetic probe (EM probe) has been developed for obtaining fundamental flow characteristics e.g. local liquid velocity and turbulence intensity etc. As a result, the EM probe was successfully applied to liquid metal flows. Measurement results having measurement error less than 10% were obtained. Details of the measurement techniques and experimental results will be presented.

鉛ビスマス試験装置データ処理ツールの製作

八巻 賢一*; 北 智士*; 大林 寛生; 有吉 玄; 斎藤 滋; 佐々 敏信

JAEA-Technology 2020-021, 26 Pages, 2021/02

JAEA-Technology-2020-021.pdf:2.34MB

計測機器のデジタル化が進むとともに、大型試験装置はPLC(Programmable Logic Controller)制御が主体となり、多くの試験装置がデジタル化されるようになった。また、データ記憶装置の大容量化により、PLCが管理する計測値を、実験期間全般にわたって記録可能となった。これらの記録から、鋼材の腐食試験時の環境の影響や、動特性試験時に生じた変化や異常等の現象を、多角的に分析することが容易になった。一方、長時間に及ぶ試験においては、記録されたデータ数が膨大になり、データ処理や異常を分析する際のデータ抽出に多くの時間と労力を必要とすることになった。また、PLC毎に異なるログデータ仕様にも注意し、正確にデータを整合する必要も生じている。そこで、現在核変換ディビジョンに設置する鉛ビスマス試験装置のPLCからのデータを、任意に抽出・結合・処理するためのツールを作成し、データ分析に要する作業の効率化を図った。

ターゲット診断システムへの適用に向けた純粋石英コア偏波保持光ファイバの放射線照射試験

猿田 晃一; 直江 崇; 有吉 玄; 勅使河原 誠; 山口 雄司; 原田 正英

no journal, , 

水銀を標的材料とするパルス核破砕中性子源では、核破砕反応に伴う発熱によって、標的容器内の水銀の圧力が瞬間的に変動することで、水銀中に圧力波が励起されキャビテーションが発生する。その結果、標的容器はその運用期間中、継続的にキャビテーションによる損傷を受ける。このため、J-PARCセンターの物質・生命科学実験施設では、健全性を評価・診断することを目的に、標的容器に発生する振動をレーザー干渉計で計測している。しかし、近年、陽子ビーム強度の増強につれて、光路として使用している偏波保持光ファイバの放射線劣化による透過率の低下が顕在化してきた。本発表では、放射線への耐久性がある純粋石英コアを使用した偏波保持光ファイバに対して、中性子およびガンマ線の照射試験を行い、従来の点欠陥による透過損失だけでなく、偏光特性など機能性への影響についても評価を行い、ターゲット診断システムへの適用性を検討した結果を報告する。

Effect of inner wall craking on the mercury flow induced vibration

前野 航希*; 有吉 玄; 筒井 喜平*; 猿田 晃一; 粉川 広行; Li, Y.*; 二川 正敏

no journal, , 

大強度陽子加速器施設(J-PARC)における核破砕水銀標的では、標的容器の寿命に影響を及ぼす因子として、容器内壁のキャビテーション損傷が問題視されている。これは、陽子入射に伴う水銀の熱体積膨張で生じる圧力波が、水銀中を伝播する過程において、容器内壁近傍にキャビテーション気泡を生成し、それらの気泡が崩壊する際に発生させるマイクロジェットが壁面を局所的に壊食させることで形成される損傷である。J-PARCにおける水銀標的では、マイクロジェットの抑制手法として、水銀の「流動効果(Flow effect)」を利用している。これは、標的容器内部に狭隘流路を設けることで、狭隘流路内の流速を高くし、キャビテーション気泡の成長およびマイクロジェットの射出速度を抑制するものである。さらに、バルク流路側の水銀中へ微小気泡を注入することで得られる「クッション効果」を利用し、マイクロジェットの発生原因となる圧力波の大幅な抑制も実施している。これらの手法により、キャビテーション損傷の大幅な低減に成功しているが、完全な低減には至っておらず、水銀標的の運転時においては徐々に損傷がバルク流路側内壁面に蓄積されているのが実状である。そこで本研究では、損傷が蓄積された場合に形成され得る流路内壁の亀裂損傷に着目し、標的容器内の流れ場に対する亀裂損傷の影響を数値的に明らかにすることを目的とした。その一環として、標的容器先端部の流路を二次元的にモデル化し、内壁部の模擬損傷幅を主なパラメータとした流動解析を行った。

核破砕中性子源水銀標的の耐久性向上に向けた研究開発,3; 合泡現象に関する実験的観測および数値予測コードの開発

有吉 玄; 伊藤 啓*; 粉川 広行; 二川 正敏

no journal, , 

大強度陽子加速器施設(J-PARC)における核破砕水銀標的では、圧力波による標的容器のキャビテーション損傷が問題視されており、水銀中に微小He気泡を混合した水銀-He二相流を利用する損傷抑制技術が開発されている。圧力波の抑制・減衰に有効な固有振動数を有する気泡の半径は約0.1mm以下とされているが、水銀流中における微小気泡の合体・分裂挙動により、最も損傷抑制が要求される陽子ビーム窓部の気泡半径が適正値と異なり得ることが予想される。したがって、水銀-He二相流における気泡半径分布等の二相流特性に関する実験データの取得およびそれを基にした予測モデルの構築が必要となる。そこで本研究では、水銀標的内部における気泡半径分布の予測を目的として、空気-水二相流をモデル流体とした微小気泡の合体・分裂挙動の可視化実験および数値予測コードの開発を行った。本報では、可視化実験結果および予測コードの開発状況について報告する。

Development of an electromagnetic velocity sensor for local measurement in a high temperature heavy liquid metal

有吉 玄; 大林 寛生; 佐々 敏信

no journal, , 

Electromagnetic induction method is an effective technique for local velocity measurement in heavy liquid metals, such as lead-bismuth eutectic (LBE). For some conventional electro-magnetic probes, permanent magnet is incorporated. However, the probe performances unexpectedly vary because the permanent magnet is demagnetized as the temperature rises to the Curie temperature. Furthermore, such probes do not work for local velocity measurements over the Curie temperature. Therefore, in this study, a new electromagnetic probe equipping a miniature electromagnet was developed as a prototype sensor to overcome the temperature dependency of the permanent magnet. As a result, clear linearities between the velocities and the measured output voltages was confirmed regardless of the Curie temperature. Furthermore, static corrosion test in the LBE with 450C was performed by using the candidate materials of W, Mo and Zr, to upgrade durability of electrode material for the developed probe.

The Cause of performance degradation of cryogenic hydrogen system at J-PARC; A Little fire burns up a great deal of corn.

麻生 智一; 勅使河原 誠; 有吉 玄; 羽賀 勝洋

no journal, , 

In the helium refrigerator of the cryogenic system, a pressure drops gradually increased between heat exchangers and an adsorber (ADS), and degradated the cooling performance every operation since the beginning of 2015 to summer outage of 2016. This is because lubricating oil from the compressor accumulated in the heat exchangers and the ADS, especially in the surface layer on the inlet side of the felt layer for holding the activated charcoal in the ADS. From the amount of accumulated oil and the accumulative operating time of the compressor, it was thought that this was caused by the oil concentration at the ppb level. However, as a result of the re-investigations, it was found that the oil concentration in helium gas was temporarily high during the period from 2014 to 2016. The cause was a blockage in one of the oil return lines of the compressor's No.1 oil separator (OS-2), caused by a small piece of sponge used for cleaning during maintenance.