ナトリウム機器解体に係る経験及び技術集約; 100m級大型タンクの残留ナトリウム低減技術

早川 雅人; 下山 一仁; 宮越 博幸; 鈴木 重哲*

JAEA-Technology 2021-027, 33 Pages, 2022/01

JAEA-Technology-2021-027.pdf:3.64MB

日本原子力研究開発機構大洗研究所では、これまでに高速実験炉「常陽」や高速増殖原型炉もんじゅなどのナトリウム冷却型高速炉の研究開発に関わる多種多様なナトリウム環境下での試験研究が実施されてきた。これまでに所期の目的を達成したナトリウム試験施設及び機器類の解体撤去が順次進められ、豊富な経験や技術が蓄積されてきた。一方、試験研究に用いられてきた大量の金属ナトリウムは新しい試験施設での再利用が図られ、その後、再利用された金属ナトリウムを内包してきた大型ナトリウムタンク類の解体が進められている。これらの解体を安全かつ効率的に進めるためには、解体前にタンク内部(特に底部)に残留するナトリウムを極力低減することが重要である。このため、複数の100m級大型ナトリウムタンクについて、底部に残留するナトリウム量の低減を図ってきた。本報告ではこれまでに実施してきた残留ナトリウム低減に関わる技術や経験について述べる。

冷却系機器開発試験施設・ナトリウム試験装置(マザーループ)の製作

今村 弘章; 鈴木 将*; 下山 一仁; 宮越 博幸

JAEA-Technology 2019-005, 163 Pages, 2019/06

JAEA-Technology-2019-005.pdf:25.24MB

高速炉開発における安全性強化や技術実証の確立を目指した研究開発に向けて、冷却系機器開発試験施設(AtheNa施設)の整備を進めており、この一環として、このたびナトリウム試験装置(マザーループ)の製作・設置を完遂させた。本装置は、世界最大級の約240tの大容量ナトリウムを保有し、純度管理された高温ナトリウムを、大型機器開発やシステム開発等の技術実証のための各試験部へ安定して供給できるものであり、今後の国際協力を含めた研究開発として大いに期待されるものである。本報は今後の研究開発に資することを狙いに、ナトリウム試験装置(マザーループ)の設計仕様や製作・設置状況、及び機能確認結果の記録をとりまとめたものである。

Sodium experiments on decay heat removal system of Japan sodium cooled fast reactor; Start-up transient of decay heat removal system

上出 英樹; 小林 順; 小野 綾子; 木村 暢之; 宮越 博幸; 渡辺 収*

Proceedings of 7th Korea-Japan Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-7) (CD-ROM), 8 Pages, 2010/11

大型ナトリウム冷却高速炉の実用化を目指し、完全自然循環方式の崩壊熱除去システムに関する研究開発を進めている。本報告では、これまでに設計例の少ない中間熱交換器に挿入する形式の崩壊熱除去用冷却器(PRACS熱交換器)の伝熱特性並びに1次冷却系と崩壊熱除去系の自然循環に関するナトリウム試験を実施した結果を示す。試験では、PRACS熱交換器の熱伝達率を求めるとともに、すべての系統が自然循環となる崩壊熱除去系の2次側ナトリウム系統、空気冷却器空気側の待機運転から起動時のスムーズな自然循環流量の立ち上がりを確認した。

Experimental study on thermal stratification in a reactor vessel of innovative sodium-cooled fast reactor; Mitigation approach of temperature gradient across stratification interface

木村 暢之; 宮越 博幸; 上出 英樹

Journal of Nuclear Science and Technology, 47(9), p.829 - 838, 2010/09

https://doi.org/10.3327/jnst.47.829

ナトリウム冷却高速炉のスクラム過渡時温度成層化現象に関して、1/10縮尺炉上部プレナム水流動試験装置を用い、成層界面挙動に対する燃料交換機貫通孔プラグ高さの影響を評価した。プラグを炉上部プレナム内に深く挿入することで、炉容器壁近傍の成層界面温度勾配は小さくできるとともに、界面の変動に伴う温度変動も低減できることがわかった。

1/1.8縮尺部分モデルによるナトリウム冷却高速炉内ガス巻込み現象に関する実験研究

江連 俊樹; 木村 暢之; 宮越 博幸; 上出 英樹

日本機械学会論文集,B, 76(763), p.457 - 459, 2010/03

ナトリウム冷却型高速炉における炉容器内の自由液面からのガス巻込み現象評価を目的として、炉容器上部プレナム液面付近を縮尺比1/1.8で模擬した部分モデル試験装置を用いて水試験を実施した。本試験装置を用いて、実機起動時で予想されるガス巻込み発生形態及び発生条件を把握した。その結果、実機ではガス巻き込みを抑制できる見通しを得た。また、ガス巻き込みが発生しない条件では、下降流速が液面まで到達しないことにより、ガス巻込みが抑制されることを示した。

Experimental study on high cycle thermal fatigue in T-junction; Effect of local flow velocity on transfer of temperature fluctuation from fluid to structure

木村 暢之; 小野 綾子; 宮越 博幸; 上出 英樹

Proceedings of 13th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-13) (CD-ROM), 16 Pages, 2009/09

温度の異なる流体が混合する領域では温度変動が発生し、その温度変動が構造材に伝わることにより、構造材に高サイクル熱疲労が発生する可能性がある。高サイクル熱疲労の評価において、流体から構造材への温度変動での伝達特性を明らかにすることは重要である。そこで、温度の異なる流体が合流するT字配管体系において、流体温度変動と構造材温度変動を同時に計測し、その温度変動の伝達特性を把握するとともに、構造材近傍の流速を同時に計測することによって、温度変動伝達特性に対する局所流速の影響を評価する水試験を実施した。その結果、温度変動の伝達特性を示す熱伝達率は、局所流速の増加とともに増加することが明らかになった。

Experimental investigation on characteristic of entrained bubbles due to surface vortex

江連 俊樹; 木村 暢之; 宮越 博幸; 上出 英樹

Proceedings of 13th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-13) (CD-ROM), 16 Pages, 2009/09

コンパクトで経済性の高いナトリウム冷却高速炉を実用化するため、炉上部プレナム自由液面でのガス巻込み評価が重要である。本研究では、液面渦によるガス巻込みについて、巻込み気泡についての基礎的知見を得ることを目的とした試験を実施した。気泡径を気泡画像から画像処理により算出し、その分布を求めた。加えて、周囲の流速場がガスコアと離脱気泡の形状に与える影響を把握するため、流速計測及びガスコア形状の可視化を実施した。計測の結果、本試験の試験範囲において、離脱気泡径が等価直径換算で1.34mm2.06mmであることがわかった。

大型ナトリウム冷却高速炉(JSFR)の自然循環崩壊熱除去に関する試験研究

上出 英樹; 宮越 博幸; 渡辺 収*; 江口 譲*; 古賀 智成*

第14回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集, p.427 - 428, 2009/06

大型ナトリウム冷却高速炉の実用化を目指し、完全自然循環方式の崩壊熱除去システムについて、試験と解析を組合せた研究開発を進めている。試験では1次主冷却系の自然循環に関する縮尺水試験,崩壊熱除去系と中間熱交換器に挿入する崩壊熱除去用冷却器の自然循環と伝熱特性に関する部分モデルナトリウム試験を実施している。ここでは、ナトリウム試験の成果を中心に、すべての系統が自然循環となる崩壊熱除去系の2次側ナトリウム系統,空気冷却器空気側の待機運転から起動時の過渡特性,熱交換器の伝熱特性など、試験結果を報告する。

Experimental study on onset of gas entrainment by 1/1.8 scale model of sodium cooled fast reactor

江連 俊樹; 木村 暢之; 宮越 博幸; 上出 英樹

Proceedings of 6th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-6) (USB Flash Drive), 6 Pages, 2008/11

設計検討中のナトリウム冷却高速炉(JSFR)において自由液面でのガス巻込み現象が重要な課題になっている。これまでの試験から、著者らはガス巻込みが定常状態において抑制されることを確認している。本報では、実機炉上部液面付近を模擬した大規模縮尺の部分モデル試験装置を用いて、実機の起動時を対象とした水試験を実施した。液面の可視化を行いガス巻込み発生条件を計測した。また、ガス巻込みの発生メカニズムを明らかにするために、鉛直方向流速分布計測を実施した。試験の結果、実機起動時ではガス巻込みが発生しないことを確認した。

Study on velocity field in a deformed fuel pin bundle; Influence of pin deformation and wrapping wire on velocity distribution

佐藤 博之; 小林 順; 宮越 博幸; 上出 英樹

Proceedings of 16th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-16) (CD-ROM), 9 Pages, 2008/05

ナトリウム冷却高速炉は、商業化を目指した高速炉サイクルシステムの実用化調査研究において高燃焼度炉心を達成するように設計されている。高燃焼度炉心の燃料集合体において、スウェリングと熱湾曲による燃料ピンの変形は、集合体内の流路の変化により流量が減少し、除熱性能に影響する可能性がある。そこで、2.5倍スケールの7本ピン集合体モデルを用いて、ピンの湾曲及びワイヤの流速分布への影響について調査した。試験体は、六角形のアクリル管と、水とほぼ同じ屈折率で高い透過率を持つフッ化物樹脂のピンから成る。これにより外側のピンを通して中心ピンまわりの流動の可視化が可能になった。リファレンスと変形条件における中心ピンまわりのサブチャンネルの速度分布をPIV計測法で測定した。また、ワイヤのまわりの速度分布を測定し、ワイヤはピン表面近傍の広範囲の速度と速度変動に影響することがわかった。