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論文

A Consideration on the use of shear waves to improve the sensitivity of an optical ultrasonic sensor for under-sodium viewers

猿田 晃一; 白濱 卓馬*; 山口 智彦; 上田 雅司

E-Journal of Advanced Maintenance (Internet), 10(2), p.1 - 8, 2018/08

The present work is intended to investigate shear waves induced on stainless steel diaphragms by the incidence of ultrasonic waves, with the main emphasis on the understanding of the generation mechanism of the resultant second wave, in order to explore the possible use of the shear waves for improvement of the sensitivity of an optical ultrasonic sensor used for under-sodium viewers. The response of the diaphragms exposed to ultrasonic waves with different pressure profiles is measured by a heterodyne interferometer to examine the location where the shear waves are excited. The generation of the second wave is interpreted on the basis of interference of these shear waves. The effectiveness of the use of the shear waves is demonstrated by an improved sensitivity of 0.26 nm/kPa for a 3-mm-diameter and 5-$$mu$$m-thick diaphragm. This sensitivity is approximately 7 times as high as the sensitivity achieved with the first wave, which is the displacement of the diaphragm caused by directly incident ultrasonic waves.

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

R&D of multi-frequency ECT algorithms for FBR SG tubes

Mihalache, O.; 山口 智彦; 白濱 卓馬; 上田 雅司

E-Journal of Advanced Maintenance (Internet), 9(2), p.60 - 65, 2017/08

The adherence of sodium on the external surface of steam generator tubes (SGs) of Fast Breeder Reactors (FBR) adds an additional level of complexity in the in-service inspection (ISI) of SGs using eddy current testing (ECT). The paper focusses on research and development (R&D) of novel multi-frequency (MF) algorithms, based on ECT signals, special developed and tuned to enhance the signal from defects located on external SG tube surface and to suppress electromagnetic noise from the conductive sodium and SG support plates. The application of the MF algorithm is investigated using both three-dimensional finite element (FEM) simulations and experimental measurements from SG tubes soaked and then drained of sodium, in a sodium tank mock-up.

論文

Effects of metallic diaphragms on sensitivity characteristics of an optical ultrasonic sensor and reduction of interrogation time based on wavelength division multiplexing for under-sodium visual inspection

猿田 晃一; 山口 智彦; 上田 雅司

E-Journal of Advanced Maintenance (Internet), 7(4), p.NT75_1 - NT75_8, 2016/02

We have experimentally examined the effects of the metallic diaphragms on the sensitivity characteristics of an optical ultrasonic sensor and investigated the multiplexed interrogation of the diaphragms based on WDM technique. The experimental results show that the sensitivity can be increased by use of thinner and lighter diaphragms. It has also been found that by taking advantage of the interference of the lamb waves propagating through the diaphragm, the sensitivity can be further enhanced by a factor of approximately 5 to 6 with decreasing diameter. The multiplexed interrogation based on WDM technique has been demonstrated in the case of two wavelengths. From this experimental demonstration, we consider that the interrogation time can be significantly reduced by increasing the number of multiplexed wavelengths.

論文

Effects of metallic diaphragm on sensitivity characteristics of optical ultrasonic sensor for under-sodium inspection

猿田 晃一; 山口 智彦; 上田 雅司

EUR-27790-EN, p.209 - 214, 2016/00

We report the effects of the metallic diaphragm on the sensitivity characteristics of the optical ultrasonic sensor used in under-sodium inspection. The diaphragm is set on the wall of a tank filled with water in place of sodium to have direct contact with water on one side and air on the other side. A heterodyne interferometer is employed to detect the wave on the diaphragm induced by the ultrasonic wave emitted from a piezoelectric transducer placed in the water tank. Two kinds of waves appear on the diaphragm: the first corresponds to the incident ultrasonic wave and the second is surface wave arising from the peripheral of the diaphragm. We found that the first wave increases with decreasing thickness of the diaphragm, while the second wave is dependent on both the thickness and diameter. Moreover the second wave has larger amplitude than the first wave due to interference effect at the center of the diaphragm. This result suggests that the small amplitude of the incident ultrasonic wave can be detected with a higher sensitivity by using the second wave on the diaphragm.

論文

Experimental measurements and simulations of ect signal for ferromagnetic SG tubes covered by a sodium layer

山口 智彦; Mihalache, O.; 上田 雅司

Electromagnetic Nondestructive Evaluation (XVII), p.144 - 154, 2014/00

 被引用回数:3 パーセンタイル:5.53

強磁性体の蒸気発生器伝熱管の外表面に導電性物質であるナトリウムが付着すると渦電流探傷試験において欠陥の検出性能に影響を与えることから、著者らはナトリウム浸漬試験と電磁場解析を行い、伝熱管や構造物支持板や溶接部にナトリウムが付着した場合の試験結果を確認したので、本会議にて発表する。

論文

Validations of multifrequency ECT algorithms for helical SG tubes of FBR

Mihalache, O.; 山口 智彦; 上田 雅司

Electromagnetic Nondestructive Evaluation (XVII), p.109 - 119, 2014/00

 被引用回数:3 パーセンタイル:5.53

The present paper focuses on multi-frequency ECT algorithms applied specifically to the magnetic SG tubes of Monju FBR. The algorithms optimum parameters for either two and three frequencies are determined using 2D and 3D numerical Finite Element Simulations (FEM) based on codes previously developed in-house by authors.

論文

「もんじゅ」1次主冷却系配管検査装置の機能試験

前田 幸宏; 山口 智彦; 上田 雅司; 藤木 一成*

日本保全学会第10回学術講演会要旨集, p.599 - 601, 2013/07

高速増殖原型炉「もんじゅ」では、1次主冷却系配管の供用期間中検査として、ナトリウム漏えい検出器による連続漏えい監視や目視試験に加え、代表部位に対する体積試験を行う計画であり、高温構造設計の妥当性を確認する観点から、代表部位として原子炉容器出口から中間熱交換器入口に至る高温配管のエルボ部を選定し、応力集中部(横腹部)及び両端の周方向溶接部に対し、配管外表面から超音波探傷を行う。検査時における作業員の被ばく低減のため、遠隔・自動で検査するための装置が開発され、供用前検査での使用経験と関連技術の進歩を踏まえ、装置の更新と改良が行われた。本稿では、改良後の検査装置について、モックアップを用いて実施した機能試験の結果及び実際に「もんじゅ」の配管に取り付けて動作確認を実施した結果について報告する。

論文

EMAT simulations based on a two-dimensional FEM coupled electro-mechanical formulation

Garcia Rodriguez, D.; Mihalache, O.; 上田 雅司

Proceedings of 16th International Symposium on Applied Electromagnetics and Mechanics (ISEM 2013), p.219 - 220, 2013/07

This work presents the development of a new approach to EMAT finite element method (FEM) simulations by using a coupled electromagnetic-mechanical equation system. Validation is performed within the limits of the un-coupled equations using commercially available FEM codes. The advantages and drawbacks of the new method versus the traditional un-coupled approach are evaluated for various EMAT time-transient patterns. Numerical FEM analyses using either a sparse direct solver or an iterative one are investigated with both implicit and explicit time integration methods.

論文

Perpendicular magnetic anisotropy with enhanced orbital moments of Fe adatoms on a topological surface of Bi$$_2$$Se$$_3$$

Ye, M.*; 黒田 健太*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; 岡本 和晃*; Zhu, S.-Y.*; 白井 開渡*; 宮本 幸治*; 有田 将司*; 仲武 昌史*; et al.

Journal of Physics; Condensed Matter, 25(23), p.232201_1 - 232201_5, 2013/06

 被引用回数:9 パーセンタイル:47.06(Physics, Condensed Matter)

トポロジカル絶縁体に磁性元素を入れると絶縁体表面に対して垂直方向に強磁性が発現するという理論研究があり、その実現は新しいスピントロにクス技術への足がかりになるものと期待されている。本研究では、トポロジカル絶縁体Bi$$_2$$Se$$_3$$の表面にFeを蒸着し、その磁性をFe L$$_{2,3}$$吸収端における軟X線磁気円二色性で、電子状態を角度分解光電子分光を用いて調べた。磁気円二色性実験ではFeの膜厚依存性、試料表面に対する角度依存性測定も行った。その結果、いずれのFe膜厚(0.013-0.9ML)においても強磁性発現は確認できなかったものの、試料表面に垂直方向に磁気モーメントが向く強い磁気異方性を持った常磁性状態が確認された。また軌道磁気モーメントがFe膜厚の小さい試料において増大し、スピン磁気モーメントと軌道磁気モーメントの比率が強い膜厚依存性を示すこともわかった。この結果はトポロジカル絶縁体に対する磁性元素の量を調節することにより、磁性及び量子輸送現象を制御できる可能性を示すものである。

論文

Large scale 3D FEM electromagnetic simulations and validations for FBR steam generator tubes

Mihalache, O.; 山口 智彦; 上田 雅司

Abstracts of Electromagnetic Nondestructive Evaluation Series, p.42 - 43, 2012/07

The present paper focuses on electromagnetic simulations of ECT for helical SG tubes and large SP models. Large scale 3D simulations are validated by comparison with experimental measurements conducted in a mock-up test in our laboratory. State of the art parallel numerical simulations using an electromagnetic code developed with a hybrid OpenMP-MPI approach for very large FEM models are conducted using up to 1024 CPUs in Fujitsu BX900 supercomputer. The availability of large models offers new insights into ECT for large structures in FBR, where electromagnetic interference can appear due to close proximity of multiple tubes.

論文

Quasiparticle interference on the surface of Bi$$_{2}$$Se$$_{3}$$ induced by cobalt adatom in the absence of ferromagnetic ordering

Ye. M.*; Eremeev, S. V.*; 黒田 健太*; Krasovskii, E. E.*; Chulkov, E. V.*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; 岡本 和晃*; Zhu, S. Y.*; 宮本 幸治*; et al.

Physical Review B, 85(20), p.205317_1 - 205317_5, 2012/05

 被引用回数:46 パーセンタイル:8.39(Materials Science, Multidisciplinary)

トポロジカル絶縁体Bi$$_2$$Se$$_3$$の表面にコバルトを蒸着した系に対して、コバルトの物性に注目して、トンネル分光,角度分解光電子分光,磁気円二色性及び理論計算を組合せて得られた研究成果である。原子力機構としての貢献は、磁気円二色性を用いてコバルトの磁性を調べた部分である。トポロジカル絶縁体表面では磁性元素が強磁性を示すという理論的予想があるが、今回の実験では、Bi$$_2$$Se$$_3$$とコバルトとの組合せでは強磁性を示さないという実験的証拠を示すことができた。

論文

R&D on maintenance technologies for FBR plants in JAEA; The Status quo and the future plan

月森 和之; 上田 雅司; 宮原 信哉; 山下 卓哉

Proceedings of International Conference on Fast Reactors and Related Fuel Cycles (FR 2009) (CD-ROM), 10 Pages, 2012/00

The new inspection system have been applied to nuclear power plants in Japan since 2008 in order to improve their safety and reliability during operation. The performance of maintenance activities are evaluated through PDCA (Plan-Do-Check-Action) cycle and the utilization of the risk information, condition monitoring techniques, etc. is recommended in this system. Also, elongation of plant lives and high performance demands need the rationalization and sophistication of the maintenance program and technologies. Electric power companies owing LWRs already began to adopt advanced monitoring techniques, such as thermography, sampling of lubricants to check bearing integrity, etc. FBRs are under development but situation is as same as LWRs. However, unvisible and high temperature environments are added as the conditions that should be considered in developing advanced maintenance technologies, since the liquid metal coolant systems are adopted in many FBR plant designs. In this paper, the maintenance techniques now proceeding such as MONJU ISI equipments, and new promising monitoring systems, inspection techniques and repairing methods for the demonstration FBR are presented.

論文

Development of an ISI robot for the fast breeder reactor MONJU primary heat transfer system piping

田川 明広; 上田 雅司; 山下 卓哉; 成澤 正孝*; 芳賀 芳一*

Journal of Nuclear Science and Technology, 48(4), p.504 - 509, 2011/04

本論文は、高速増殖炉「もんじゅ」1次冷却系配管の供用期間中検査(ISI)用ロボットの開発を実施したものである。1次系配管は、ナトリウムとのバウンダリであるために禁水であることからISIではタイヤ型超音波探触子を用いて体積検査を実施する。その際の雰囲気温度は55$$^{circ}$$C、配管表面温度は80$$^{circ}$$Cである。さらに、放射線環境下であり、空間線量率10mGy/hr,配管表面線量率15mGy/hrを考えている。新しいタイヤ型超音波探触子,新しい制御方式により、板厚の50%深さの欠陥に対し、欠陥検出時の信号対ノイズ比(SN比)が2以上で検出できることを確認した。自動制御による検査の性能確認試験では、9%深さのEDMスリットに対し、SN比4.0(12.0dB)で検出することができた。

論文

3D RFEC simulations for the in-service inspection of steam generator tubes in fast breeder reactors

Mihalache, O.; 山口 智彦; 上田 雅司; 宮原 信哉

International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics, 33(3-4), 6 Pages, 2010/00

高速増殖原型炉「もんじゅ」の蒸気発生器伝熱管は、140本の伝熱管がヘリカル形状に密接に配置され、蒸気発生器の中に格納されている。伝熱管の検査には、渦電流探傷試験(ECT)を適用する。このように伝熱管が密集した環境では、渦電流が隣の管にも流れることから検出感度に影響を与えることが懸念される。著者らは、複数の伝熱管が存在した場合や伝熱管サポート部での影響について3次元の電磁場解析で定量的に明らかにした。

論文

Development of a SH wave single unit electromagnetic acoustic transducer (EMAT) for MONJU reactor vessel in-service inspection

Xu, Y.*; 田川 明広; 藤木 一成*; 上田 雅司; 山下 卓哉

Proceedings of 17th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-17) (CD-ROM), 9 Pages, 2009/07

高速増殖炉「もんじゅ」では、原子炉容器に対し供用期間中検査として体積検査を実施する。その検査中の環境は温度が200$$^{circ}$$C,放射線線量率が10Gy/hrと非常に過酷である。体積検査は、電磁超音波探触子(EMAT)を用いて実施されるが、これまではPPM構造の磁石配置のEMATを用いていた。PPN構造とはS極とN極を交互に組合せた構造である。本研究では、PPM構造の縦磁化磁石の間に横磁化磁石を入れ込んだHalbach構造を採用した。これにより磁束密度はPPMに比べ1.4倍に向上した。さらに、新しい信号処理方法を用いることで4倍の感度向上を達成した。さらに、200$$^{circ}$$Cで200時間の耐久性試験も実施した。

論文

ハイブリット計測による配管ヘルスモニタリング法

田川 明広; 上田 雅司; 宮原 信哉; 山下 卓哉

日本保全学会第5回学術講演会要旨集, p.470 - 472, 2008/07

配管ヘルスモニタリング用の新センサの開発を実施した。試作したセンサは、ハイブリット計測可能なEMATであり、200$$^{circ}$$Cの高温環境下でも、配管表面温度,板厚,水温の3つの異なる計測を1つのセンサで測定できることを確認した。

論文

高速増殖炉用抵抗方式ナトリウム温度計測システム

山崎 弘郎*; 本多 敏*; 上田 雅司; 遠藤 昭*; 笛木 学*

計測自動制御学会論文集, 43(9), p.756 - 761, 2007/09

高速増殖炉は、輸入に依存するウラニウム資源を有効に活用できるため、日本のエネルギー事情に適した動力炉として期待されている。一方、同炉の炉心では、熱出力密度が著しく大きいために、冷却材として熱伝達特性が優れた液体ナトリウムが使用される。本論文は液体ナトリウムの温度を管路の外側から電気抵抗方式により計測する新しい温度計測手法について、理論的解析,数値シミュレーション,試作検討結果などを述べたものである。

論文

「もんじゅ」原子炉容器ISIシステムの開発

田川 明広; 岡本 久彦; 上田 雅司; 山下 卓哉

日本保全学会第3回学術講演会要旨集, p.376 - 679, 2006/07

高速増殖原型炉「もんじゅ」では、安全上重要な機器に対し、供用期間中検査(ISI: In-service inspection)を実施する計画である。原子炉容器(RV: Reactor Vessel)はプラント最重要機器の一つであり、その安全性の重要度が高いのは言うまでもない。検査としては、Na連続漏洩監視と目視検査を実施する。また、検査時の温度は約200$$^{circ}$$Cに維持され、放射線環境は約10Sv/hrと、温度,放射線レベルともに高い。検査装置は、RVとGV間の約30cmの狭隘空間に挿入され、ばねの突っ張り力とタイヤ摩擦力で自重を支え、遠隔操作で垂直走行させて検査を行う。平成4年の総合機能試験(以下、SKS)で使用した現有検査装置により目視データを取得し、目標性能を満たした。また、研究開発として体積検査も実施している。本報では、さらに性能向上を図るために次世代装置開発を行ったので報告する。

論文

Development of the ISI device for fast breeder reactor MONJU reactor vessel

田川 明広; 上田 雅司; 山下 卓哉

Proceedings of 14th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-14) (CD-ROM), 8 Pages, 2006/07

高速増殖原型炉「もんじゅ」では、安全上重要な機器に対し、供用期間中検査(ISI: In-service inspection)を実施する計画である。原子炉容器(RV: Reactor Vessel)は原子力プラントの最重要機器であり、その安全性の重要度が高いのは言うまでもない。このため、万一のナトリウム漏洩に備え、RV外側にガードベッセル(GV: Guard Vessel)を設けて、崩壊熱除去に必要な液位を確保できる構造となっている。原子炉容器の検査項目としては、目視検査による外観からのナトリウム漏洩痕跡の有無の確認がある。また、研究開発の位置づけとして電磁超音波探触子を開発し体積検査を実施している。検査環境は、冷却材の凍結防止のため、検査時の温度は約200$$^{circ}$$Cに維持され、放射線環境は約10Sv/hrと、温度,放射線レベルともに軽水炉検査環境(常温,低放射線)に比べ高い。このため、「もんじゅ」では原子炉容器の検査に用いる耐熱・耐放射線の検査機の開発整備を行っている。

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