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中山 王克; 木村 暢之; 上出 英樹; 伊藤 真美*; 関根 正*
JNC TN9400 2005-032, 103 Pages, 2005/03
JNC-TN9400-2005-032.pdf:33.44MB
FBR実用化戦略調査研究にて検討されている大型ナトリウム炉のコンパクト化に関して、炉内の高流速化に伴い、自由液面からのガス巻き込みが懸念されている。そこで、実機の1/10スケール炉上部プレナム水流動試験装置を製作し、自由液面からのガス巻き込みを含む炉内流動の適正化を図るための研究を実施している。これまで、液面に向かう流れの抑制やキャビテーションを伴う水中渦抑制に効果的な構造として1)燃料交換機(FHM)貫通孔に挿入するプラグ、2)ホットレグに向かい合う炉壁に縦リブを設けるスプリッタを考案し、大型炉の成立性を確認した。本報告では、液面の下に設ける水平板(ディッププレート、D/P)の2重化ならびにUISの外周に多孔胴を設けることの効果について1/10スケール試験装置を用いて検討した。 2重D/Pでは、炉容器と燃料出入機案内管の間の液面近傍領域において、流れを抑制する効果が確認された。また、燃料交換機(FHM)貫通孔に挿入するプラグについて、2重としたD/P間の高さでプラグの直径を変えて段差を設けることで、プラグ周りの隙間を通る流れの抑制効果が認められた。2重D/P体系でのプラグ高さが液面近傍の流れに与える影響を評価した結果、プラグをD/Pよりさらに下方に挿入することが液面近傍の流速低減とキャビテーションを伴う水中渦の抑制に有効であることを確認した。キャビテーションを伴う水中渦を抑制する構造案としてUISに多孔胴を設けることの効果を把握した。胴を設けることで、炉壁とホットレグ間のキャビテーションを発生させやすくし、コールドレグから発達するキャビテーションの抑制についても必ずしも有効でないとする結果が得られた。胴により効果を得ようとする場合には、胴にあける孔の配置などにより、渦の発生を抑制するよう流れの微妙なバランスをとる必要があり、さらに検討が必要と考えられる。
木村 暢之; 飛田 昭; 小林 順; 中山 王克; 伊藤 真美*; 上出 英樹
JNC TN9400 2004-067, 48 Pages, 2004/05
JNC-TN9400-2004-067.pdf:19.55MB
核燃料サイクル開発機構ではFBR実用化戦略調査研究の一環として、ナトリウムを冷却材とした高速炉の検討を行っている。その設計では、経済性向上を図るためシステムのコンパクト化を図っており、炉容器径に比較して炉出力が増加している。このため冷却材の流速が上昇し、液面からのガス巻き込みが懸念されている。そこで、炉心出口からの流れが直接液面に到達しないように、ディッププレート(D/P)と呼ぶ水平板を液面の下方に設置することとしている。 このような液面からのガス巻込み防止を含む炉上部プレナム内の流況を適正化することを目的に、主な構造物を全て模擬した1/10縮尺モデルを用い、炉上部プレナム水流動試験を実施している。しかし、ガス巻込み現象に関しては実機に対する試験体の縮尺比が小さいほど、発生限界を非保守的に評価する懸念がある。そこで、縮尺比1/1.8の水流動試験体を製作し、ガス巻込み現象を把握した。1/1.8縮尺水流動試験体では、ガス巻込み発生の要因となる下降流速が顕著な出口配管(ホットレグ配管)を中心とする90度セクター、D/Pから液面までをモデル化した。D/P隙間部の流れ、およびD/P上部の周方向流れは、独立して流量を設定できるようにし、ガス巻込み発生限界をメカニズムを含めて把握できる構造とした。モデル境界の流速条件は、1/10縮尺炉上部プレナム試験により得られた結果を実機に外挿することにより与えた。ガス巻込みの発生は可視化によって確認した。 設計形状の体系(D/Pを2段で構成)では、定格時に予測される流速条件で、D/Pからの液位が定格時の液位の4%から100%の範囲でガス巻き込みの発生は見られなかった。D/Pを1段とした場合との比較から、D/Pを2段にすることで局所的な下降流速のピークを低減する効果があることがわかった。 以上により、本体系の原子炉容器についてガス巻込み抑制の見通しが得られた。
有吉 昌彦; 中山 王克
JNC TN9400 2004-015, 27 Pages, 2004/03
本報告書は、高速実験炉「常陽」における供用中炉内検査技術に間するものである。「常陽」の原子炉構造は、高速炉特有の高温、高中性子束照射環境にあるため、熱疲労や照射脱化等の強度劣化要因がある。そのため、サーベイランス試験や燃料出口温度監視、ナトリウム漏えい監視等による健全性確認を行っているが、これらは間接的な検査手段であるため、クラック等破損の初期段階で異常を検出することが困難である。そこで、新しい概念を導入して供用中炉内検査の手法を高度化し、炉内構造物の健全性を直接検査することを検討した。 「常陽」供用中炉内検査では、検査対象である炉内構造物が複雑な形状であること及び冷却材にナトリウムを使うことから、検査技術に遠隔操作でかつ多様な位置決め機能をもつマニピュレータを組み合わせて検討する必要がある。 本検討では、重要な炉内構造物である炉心支持板をナトリウム中で検査する方針とした。この炉心支持板検査装置概念は、非破壊検査用センサーとマニピュレータを搭載した検査用集合体を炉心最外周に装荷し、非破壊検査用センサーを低圧プレナム側壁にアクセスさせるものである。非破壊検査用センサーには、複数の圧電素子を直線状に並べたリニアアレイセンサーを適用し、探傷面に対して非接触で電子走査を行うことにした。マニピュレータは、人体の手術に使うロボット鉗子の技術を応用し、アームの移動と関節部の折り曲げによりセンサーを位置決めする概念とした。 本概念は今後詳細な検討が必要である。そして、炉内検査装置の開発を進め、 「常陽」で実証していく予定である。
中山 王克; 林田 均
JNC TN9400 2000-087, 74 Pages, 2000/07
JNC-TN9400-2000-087.pdf:3.25MB
液体金属ナトリウムの熱流動現象を定量的に把握するため、液体金属ナトリウム中の流速分布を超音波により計測する技術の開発を進めている。これまで、ナトリウム中試験を行って、その適用性を票Kするとともに課題を整理した。これを受けて、センサ特性や計測アルゴリズムの最適化を図ることを目的とした水中及びナトリウム中試験を計画しており、これらの試験に供試する高温用超音波トランスデューサを試作した。本報告は、試作した高温用超音波トランスデューサの単体特性の計測結果をまとめたものであり、試験により得られた主な知見は以下の通りである。(1)散乱超音波による流速分布計測手法において特性支配因子となる音圧分布特性を把握した。また、超音波トランスデューサによって生成される液中の音圧分布の予測式や近距離音場限界距離を計測データから導出した。(2)超音波トランスデューサの周波数帯域が、散乱波の周波数シフト計測を行うのに十分であることを確認した。また、距離方向計測範囲や散乱波の周波数シフト計測を行うのに必要な送受信回路の距離方向信号増幅仕様を導入した。(3)散乱波の周波数シフト計測システムの計測システムの計測精度評価を行う上で必要な超音波トランスデューサ単体に起因する空間分解能を推定した。