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論文

Proposal of laser-induced ultrasonic guided wave for corrosion detection of reinforced concrete structures in Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant decommissioning site

古澤 彰憲; 竹仲 佑介; 西村 昭彦

Applied Sciences (Internet), 9(17), p.3544_1 - 3544_12, 2019/09

本研究の狙いは、鉄筋と周囲のコンクリートの密着性が、鉄筋を伝播する超音波に与える影響を実験的に調査し、鉄筋コンクリートの腐食劣化の検査法への適用可能性を示すことである。最初に、密着性の異なる鉄筋コンクリートの試験体をもちいて、密着の有無と密着強度の劣化が鉄筋を伝播する超音波に与える影響について実験・調査する。次に、健全な鉄筋コンクリート試験体を加速腐食試験に供し、腐食の程度に伴って変化する超音波の波形について実験・調査する。得られた超音波の波形は周波数解析と群速度分散極性の解析解との比較検討を行い、鉄筋の腐食劣化の検査法への適用の観点から重要な事項について議論する。最後に、腐食劣化による鉄筋と周囲のコンクリートの密着性の変化は、超音波信号の周波数領域に明瞭に表れ、鉄筋コンクリートの非破壊検査法に有効であることが分かる。

論文

Potential for remote controllable systematization of the method of testing reinforced concrete using guided-wave on rebar

古澤 彰憲; 西村 昭彦; 竹仲 佑介; 村松 壽晴

Proceedings of International Topical Workshop on Fukushima Decommissioning Research (FDR 2019) (Internet), 4 Pages, 2019/05

本報告では、超音波ガイド波を用いた鉄筋コンクリートの検査法とその遠隔操作可能なシステム化への可能について報告する。具体的には、レーザーによって鉄筋コンクリートの鉄筋を伝播する超音波を励起して、腐食事象の進展に伴って変化する波形から腐食劣化の検出が可能であるか実験的に検証した。実験に用いた試験体は、鉄のロッドとその周囲にモルタルを塗布することで作成し、一方は電解腐食法によって腐食劣化させた。腐食の進展に伴って発生する超音波信号の変化の解析の結果から、周波数領域において顕著な信号の変化がみられることが確認できた。これらの実験結果に係る考察と遠隔操作可能な検査システム化への展望について報告する。

論文

Development of laser instrumentation devices for inner wall of high temperature piping system

西村 昭彦; 古澤 彰憲; 竹仲 佑介*

AIP Conference Proceedings 2033, p.080002_1 - 080002_5, 2018/11

伝熱管内壁の検査補修技術として光ファイバイメージスコープとレーザー溶接技術を組み合わせた保守保全装置の開発を行ってきた。ファイバスコープによる観察、レーザー肉盛り加工補修、コノプローブ計測など主要な技術について報告する。本技術は高速炉配管への適用を計画している。本会議では、高速炉2次系配管と構造的に共通要素が多い太陽熱発電プラントへの適用を提案する。本技術は、高繰り返し熱負荷と溶融塩腐食にさらされる太陽熱発電プラントの保守保全に有用である。

論文

Thermal management of heat resistant FBG sensing for high temperature industrial plants

西村 昭彦; 竹仲 佑介*; 古澤 彰憲; 鳥本 和弘; 上田 雅司; 福田 直晃*; 平尾 一之*

E-Journal of Advanced Maintenance (Internet), 9(2), p.52 - 59, 2017/08

超短パルスレーザーによる点描加工を用いて耐熱FBGセンサを製作した。このFBGセンサは高温の産業プラントの熱管理に最適のセンサである。ここでは金属モールドの内部に耐熱FBGセンサを埋め込み、ナトリウム循環配管に設置した。配管にはナノサイズ銀粒子による接着を行った。ナトリウム循環配管はナトリウム取扱い技術高度化のための実証施設である。この施設では500度を超える高温ナトリウムを毎秒5メートルの流速で循環させることが可能である。耐熱FBGセンサは配管エルボに設置され、熱膨張を明確に検出できた。さらに、急激な冷却過程では配管の収縮過程を解明することができた。我々は、耐熱FBGセンサを用いることで高温産業プラントに対して先進的な遠隔からの熱管理が可能であることを提案する。

論文

Ultrasonic guided wave approach for inspecting concave surface of the laser butt-welded pipe

古澤 彰憲; 西村 昭彦; 武部 俊彦*; 中村 将輝*; 竹仲 佑介*; 西條 慎吾*; 中本 裕之*

E-Journal of Advanced Maintenance (Internet), 9(2), p.44 - 51, 2017/08

本論文では、配管のレーザー突合せ溶接に対して超音波ガイド波検査法が適用可能であるかを調査する。10種類の異なる溶接条件で作成した突合せ溶接配管試験体に対して超音波ガイド波試験を行い、検査信号の解析を行った。励起した超音波ガイド波はTモードガイド波であって、その励起と受信にはEMATを使用した。試験で得られたガイド波信号を解析することで溶接不良部からのガイド波検出信号が明瞭に測定される一方、十分に溶け込んだ溶接部からは反射信号がなく、突合せ溶接された溶接部の状況とガイド波検出信号に相関があることを確認し、超音波ガイド波検査法はレーザー突合せ溶接に対して適用可能性があることを示した。

論文

福井県における原子力機構によるレーザー研究開発と産業振興

古澤 彰憲; 竹仲 佑介*; 西村 昭彦; 水谷 春樹; 村松 壽晴

日本保全学会第14回学術講演会要旨集, p.479 - 480, 2017/08

本報告では、原子力機構福井支部における、レーザー応用研究と産業振興について述べる。産業振興はプラント保全保守技術の発展および廃炉技術の確立のため不可避であり、長期的な視点をもって戦略的に取り組むべき課題である。日本原子力機構福井支部ではその視点に基づいてこれまでに、産業振興と産業界との技術交流を促進する公開セミナー活動を行ってきた。ここでは平成29年度における同セミナーで紹介した課題のうち特にレーザー応用研究開発に関するものの紹介を行い、最後に我々の目指すところと重要な視点について述べる。

論文

An Approach for remote nondestructive testing method for concrete structure using laser-generated ultrasonic

古澤 彰憲; 西村 昭彦; 竹仲 佑介*; 中村 香織*

Proceedings of 54th Annual Meeting of Hot Laboratories and Remote Handling (HOTLAB 2017) (Internet), 6 Pages, 2017/00

福島第一原子力発電所の廃炉作業は東日本大震災以降、原子力機構の最も重要な課題の一つである。廃炉作業は今後数十年に渡り行われ、その作業性を担保するために原子力発電所のコンクリート構造物の検査・監視・保全保守技術は重要かつ不可避であり、精力的に推進する必要がある。最近の報告でもコアコンクリート反応によるコンクリート構造物の劣化状況を推定することは難しいとされている。加えて海水注入による鉄筋の腐食が進行していることは明らかであり、既存のコンクリート検査法が遠隔操作に適していないことから新たな鉄筋コンクリート検査方法を考慮するべきである。鉄筋コンクリートの劣化プロセスの中で、鉄筋-コンクリート間の隙間や密着性の低下が発生する。この事象に注目して我々は新しい鉄筋コンクリートの検査法が開発できないかと着目した。具体的には鉄筋コンクリート中の鉄筋にレーザーを照射することでレーザー生成超音波を発生させ、鉄筋中を伝播させる。伝播させ、内部の劣化情報を得た超音波波形を遠方のLDVで測定する。今回は、これらの隙間や密着性の低下が鉄筋を伝播する超音波にどのような影響を与えるのか実験的に調査したので報告する。

口頭

突合せ配管内壁からのレーザ溶接部分に対するEMAT探傷の試み

古澤 彰憲; 西村 昭彦; 鳥本 和弘; 竹仲 佑介*; 西條 慎吾*; 外山 亮治*

no journal, , 

本報告の目的は、超音波ガイド波の突合せ溶接配管のレーザ溶接船の検出および評価への適用可能性を検討することである。最初に、4つの突合せレーザ溶接試験配管を作成する。作成された試験用配管は配管内部よりレーザトーチを用いて突合せ溶接した。うち2つは溶接品質を高く、残り2つの溶接品質は低くし、配管肉厚をそれぞれ2種類用意した。次に、配管のレーザ溶接線検出実験を行った。実験にはT(0,1)モードガイド波を用い、その励起、測定には電磁超音波探触子アレイを用いた。最後に、実験結果および得られた重要事項について考察し、配管の突合せレーザ溶接線検出および非破壊評価へ超音波ガイド波が適用可能であるか議論する。

口頭

レーザ生成超音波を用いた原子力プラント構造物の非破壊評価の試み

古澤 彰憲; 西村 昭彦; 鳥本 和弘; 竹仲 佑介*

no journal, , 

レーザ超音波技術による原子力プラント構造物の遠隔非破壊評価技術のための基礎検討を行ったので報告する。ナノ秒パルスレーザ、縦・横波超音波センサおよびレーザ変位計を用いてレーザ超音波送受信実験を行い、レーザ生成超音波波形を数値計算結果と比較、検討し課題の整理を行った。

口頭

Applicability study of laser beam butt welding for pipe structure maintenance with ultrasonic guided wave

古澤 彰憲; 西村 昭彦; 鳥本 和弘; 竹仲 佑介*; 外山 亮治*; 中本 裕之*

no journal, , 

本研究の目的は、配管のレーザー突き合わせ溶接部評価のための超音波ガイド波検査法の適用可能性を検証することである。まず、試験用配管を作成する。肉厚とレーザー出力を変化させ、高品質溶接、低品質溶接の2グループ作成し、それぞれ2種類の肉厚の突き合わせ溶接配管を用意する。次に、超音波ガイド波によるレーザー突き合わせ溶接部の評価実験を行う。実験には電磁超音波探触子(EMAT)を用いて、ねじりモードガイド波を励起させ、突き合わせ溶接部からの反射波を測定する。最後に、実験結果と超音波ガイド波検査法をレーザー突き合わせ溶接部の評価に適用するにあたって重要な点について議論する。溶接品質によって測定される超音波ガイド波の反射波の強度が大きく異なり、配管のレーザー突合せ溶接部の評価方法として超音波ガイド波を適用可能であることが明らかになった。

口頭

Laser ultrasonic approach for detecting a deteriorated rebar in concrete

古澤 彰憲; 西村 昭彦; 竹仲 佑介*

no journal, , 

経済成長期に竣工されたコンクリート構造物の多くは、今後20年で築50年を迎える。これらコンクリート構造物に対する保全保守・監視技術の開発が重要であることは論をまたない。原子力機構でも鉄道トンネルのコンクリートを対象に、レーザー生成超音波を用いた高速検査法の研究・開発を外部研究機関と協力して行ってきている。しかしながら、この鉄道トンネルコンクリートの高速検査方法は、コンクリート表面のクラックを主な検査対象としており、コンクリート深部や鉄筋の検査までは考慮していない。今回の報告では、レーザー生成超音波を用いたコンクリート中の鉄筋の劣化事象の検出方法に関する新しい提案を行う。鉄筋コンクリートの鉄筋にパルスレーザーを照射し鉄筋を伝播する超音波を励起し、他方の鉄筋端でその超音波波形を受信する。得られた超音波波形の解析を行い、コンクリート中の鉄筋の状態に関する情報を抽出する。

口頭

レーザー配管補修装置の開発と遠隔での補修品質評価法に関する研究

古澤 彰憲

no journal, , 

本報告では、レーザーを用いた配管内壁補修装置と同装置による補修部の品質の評価法について報告する。本報で用いる配管内壁補修装置は、配管挿入用トーチ、回転機構、複合型光ファイバーおよびCWレーザー源で構成されており、レーザー照射点を遠方モニターで監視しながら補修作業・操作が可能である。一方でその補修部位の評価はモニターによる目視点検となり、遠方からの品質評価法が確立されれば、同装置による配管保守保全法の価値は大きく向上する。遠方から非破壊的に補修部位を評価可能な技術に超音波ガイド波がある。今回は突合せ溶接部を対象に、超音波ガイド波による溶接部の評価が可能であるか実験的に調査した。溶接条件を変化させた複数の試験用配管を用意し、電磁超音波探触子を用いて超音波ガイド波を励起・測定し、溶接品質と検出信号の相関を調査した。溶接品質の違いによって超音波ガイド波の信号が異なり、遠隔品質評価法へ一定の知見を得た。

口頭

レーザー生成超音波を用いた鉄筋コンクリートの腐食検出に関する基礎検討

古澤 彰憲; 西村 昭彦; 竹仲 佑介*

no journal, , 

腐食を有する鉄筋にレーザー生成超音波を励起し、その超音波波形からコンクリート内部の腐食を検出する。腐食を有する鉄筋コンクリートは電食法を用いて作成し、レーザー生成超音波はナノ秒YAGパルスレーザーを用いて励起する。鉄筋腐食は、コンクリート-鉄筋間の付着性に影響を与えるため得られる超音波波形は健全な鉄筋と比較して異なる。発表では実験で得られた波形と考察を報告する。

口頭

Laser ablation and related phenomena in a human resource development program for decommissioning NPPs

西村 昭彦; 山田 知典; 柴田 卓弥; 古澤 彰憲; 竹仲 佑介*

no journal, , 

8年間にわたり敦賀地区で実施してきた人材育成の経験と成果を、2016年に福島県楢葉地区に開設した「楢葉遠隔技術開発センター」において展開する。全国の大学と高専から参加者を募集するため、原子力機構の夏期休暇実習制度を活用する。レーザー技術を中心として、これをロボットに融合させることを目的としてプログラムを企画した。2016年9月に10日間の取り組みを行った。2017年は、遠隔からのレーザー分光分析を主テーマとして、レーザー蒸発に関する3つの現象として、(1)発光元素分析、(2)プラズマ反力による発生する音響波による材料内部診断、(3)レーザー蒸発微小デブリのサンプリング、を取り上げる。加えて、レーザー発振器の基本構成についても学習を行い効果を高める。最終日には、参加者の体験発表と次年度以降のプログラムの見直しのためのアンケートを実施する。この成果は廃炉国際共同研究センターの発展に資するとともに敦賀レーザー共同研究所の活動推進にも還元される。

口頭

原子力におけるレーザー蒸発とレーザー微細加工の適用

西村 昭彦; 山田 知典; 古澤 彰憲; 竹仲 佑介*

no journal, , 

原子力におけるレーザー研究の中で、今後のレーザー蒸発プロセスとレーザー微細加工プロセスの展開について概要を述べる。原子力研究において、レーザー蒸発が重要となるのは廃止措置における微量サンプリングの需要が増すことによる。これは主として福島原子力発電所の廃止措置において将来取り出される核燃料デブリを対象とした核種の質量分析が必要となるためである。また、原子炉を解体処分する際にも放射性物質による汚染が懸念される配管内壁について、事前に微量サンプリングを行う必要性が増す。一方、レーザー微細加工に関しては、光ファイバコアに回折格子を描画する技術が有用となる。この技術で製作された光ファイバ歪センサは、600$$^{circ}$$Cを超える耐熱性を有する。これを用いた遠隔からの冷却配管の健全性モニタリングは、原子炉だけでなく蓄熱発電所、燃料電池固体電解質、高温化学プラント配管、ロケットノズル、太陽熱プラントなど多くの産業分野の安全性向上で役立つ。

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