鉛ビスマス要素技術開発装置を用いたフリーズシールバルブの開発

斎藤 滋; 山口 和司*; 吉元 秀光*; 大林 寛生; 佐々 敏信

JAEA-Technology 2022-032, 51 Pages, 2023/03

JAEA-Technology-2022-032.pdf:4.51MB

長寿命放射性廃棄物の核変換を実現するため、日本原子力研究開発機構(JAEA)が研究を進めている加速器駆動システム(ADS; Accelerator Driven System)では、核破砕ターゲット及び未臨界炉心冷却材として鉛ビスマス共晶合金(LBE; Lead-Bismuth Eutectic alloy)を採用している。将来のADSの開発に向けて材料照射データベースを構築するため、J-PARCでは陽子照射施設の検討を進めている。陽子照射施設にはLBEループが設置され、核破砕環境かつ流動LBE中での材料照射試験が可能である。陽子照射施設において、LBEを安全に利用するためにいくつか解決すべき課題の一つとして、運転停止後にループ内のLBEをドレンタンクに導くためのドレンバルブがスラグ等を噛み込むことによって発生するスローリークがある。この問題を解決するため、JAEAでは液体金属系統の一部を融点以下に冷却することで配管中のLBEを固化して閉止する、フリーズシールバルブ(FSV)採用を検討した。まず、水冷式及び空冷式のFSV試験体を製作し、既設の鉛ビスマス要素技術開発装置の試験部に取り付け、動作・性能確認試験を行った。試験の結果、水冷式FSVは設計通りの性能を発揮することが確認された。本報告書では鉛ビスマス要素技術開発装置ならびに各FSV試験体の概要と各部の詳細、動作・性能確認試験結果について述べる。

Remote handling technology for lead-bismuth spallation target system

大林 寛生; 吉元 秀光*; 北 智士*; 八巻 賢一*; Wan, T.*; 斎藤 滋; 佐々 敏信

JPS Conference Proceedings (Internet), 33, p.011048_1 - 011048_6, 2021/03

https://doi.org/10.7566/JPSCP.33.011048

J-PARC is performing R&Ds aimed at realizing an experimental facility applying a spallation target system in order to contribute to development of a lead-bismuth eutectic (LBE) cooled accelerator-driven system. The target system utilizes LBE as a spallation target material and as a primary coolant. The main purpose of the facility is to understand the compatibility of candidate structural materials under flowing high temperature LBE with proton / neutron irradiation, and reflect it in ADS design. 400 MeV - 250 kW pulsed proton beam strikes a target vessel containing irradiation samples during operation. Among the components installed to the target system, in particular the target vessel is exposed not only the corrosive LBE flow, but also highly irradiation by the target operation. It is essential to establish remote exchanging technology of the target vessel that can avoid exposing workers to high radiation environment. This paper describes recent status of a planning remote exchanging procedure of the target vessel and presents the result of a demonstrative experiment. The series of remote operation procedure was successfully demonstrated by experiments using a mock-up apparatus and developed remote jigs. As further issues, we planning several minor modification capable shortening of operation time.

Steady-state and transient experiments in mock-up of J-PARC LBE spallation target system using mock-up loop "IMMORTAL"

大林 寛生; 八巻 賢一; 北 智士; 吉元 秀光; Wan, T.; 斎藤 滋; 佐々 敏信

Proceedings of 18th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-18) (USB Flash Drive), p.262 - 274, 2019/08

J-PARCでは、ADS候補構造材の高温LBE流動下条件での陽子/中性子照射環境への適応性を把握し、将来設計に反映することを目的として、LBE核破砕ターゲットを用いた実験施設の建設が計画されている。施設に導入するターゲットシステムでは、400MeV-250kWのパルス陽子ビームをターゲット容器に入射させることによって材料照射データが取得する計画である。IMMORTALは、当該システムの一次冷却系の実現可能性を検証することを目的として製作されたモックアップ試験ループであり、遠隔保守性を考慮した機器配置を含めて実装されているほとんどの機器(電磁ポンプ(EMP)、熱交換器、計装など)には、実際のLBEターゲットと同じ設計が反映されている。本ループを用いた統合試験の結果、一次系の各機器が重大な問題等を生じることなく長時間の運転を達成することができた。また、過大ビーム入射事象や冷却材流量の低下などの過渡事象の模擬実験により、熱交換器の性能評価を行う共に、RELAP5-3Dを使用したLBEループシステムの安全性解析モデルを検証するためのいくつかの実験データを取得した。

Improvements of the charge exchange system at the 3GeV RCS in J-PARC

吉本 政弘; 竹田 修; 川瀬 雅人; 山崎 良雄; 金正 倫計; 斉藤 義男*; 壁谷 善三郎*

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.3930 - 3932, 2010/05

http://accelconf.web.cern.ch/AccelConf/IPAC10/papers/thpeb021.pdf

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)では、フォイルを用いたHの荷電変換方式を採用している。そのため荷電変換装置は遠隔自動フォイル交換機能付きを含む3つのフォイルを駆動する装置から成り立つ。RCSのビームコミッショニングの開始直前であった2007年の夏にこの荷電変換装置に駆動部のトランスファーロッドに用いる磁気結合部が外れゲートバルブに挟まって壊れるという、重大な問題が生じた。われわれはこの問題の原因を追究し、材料選定を含む構造設計からやり直し、試験片を用いた耐久試験を行った。その結果をうけて、2008年に改良した荷電変換装置を再設置した。

Vacuum system of the 3 GeV-RCS in J-PARC

荻原 徳男; 金正 倫計; 神谷 潤一郎; 山本 風海; 菅沼 和明; 吉本 政弘; 齊藤 芳男*

no journal, , 

The 3 GeV-RCS in J-PARC project accelerates a proton beam up to 3GeV. The cumulative energy dose will be of the order of 100 MGy for 30 years of operation. So as to minimize the radiation exposure during maintenance, it is necessary to compose the vacuum system with reliable components which have long life time in such a high level of radiation. In addition, it is necessary to keep the operating pressure with beam in ultra high vacuum for suppressing the pressure instability. The ring is divided by the isolation valves into 6 sections, which can be pumped down independently. For avoiding any eddy current loss ceramic ducts are used in the magnets. These ducts are connected to the Ti ducts, putting the Ti bellows between. Here, we adopt pure Ti as a material for the ducts and bellows because of its small residual radioactivity. The ring is evacuated with 20 ion pumps (0.7 m/s) and 20 turbomolecular pumps (TMPs) (1 m/s), which are attached to the Ti ducts. The TMPs are used for not only rough pumping but also evacuation during the beam operation. We have already succeeded in developing some components such as large aperture ceramic ducts and TMPs with high radioactive-resistance, as well as several kinds of heat treatment to reduce the outgassing. Now we have almost installed the vacuum system.

250 kW LBE spallation target for J-PARC Transmutation Experimental Facility

佐々 敏信; 斎藤 滋; 大林 寛生; Wan, T.; 菅原 隆徳; 北 智士*; 八巻 賢一*; 吉元 秀光*

no journal, , 

原子力機構は高レベル放射性廃棄物に起因する環境負荷を低減するため、鉛ビスマス合金(LBE)を核破砕ターゲットと炉心冷却材とする加速器駆動システム(ADS)を用いた分離核変換技術を提唱している。ADSを実現するため、原子力機構はJ-PARC計画の中で核変換実験施設(TEF)の建設を計画している。TEFを用いることで、LBE冷却ADSを設計するためのデータを蓄積し、安全にLBEを利用するための技術課題の解決を目指している。250kWのLBE核破砕ターゲットをTEFに設置し、LBE冷却ADSの作動温度域での陽子及び中性子照射データの取得を目指す。TEF-Tのリファレンスとしてターゲットの設計と最適化やさまざまな要素技術開発を進めている。ターゲット模擬と材料腐食試験のための大型LBEループも整備した。250kW LBEターゲット設計の最新の動向を報告する。