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。

原子炉圧力容器鋼における高温予荷重(WPS)効果確認試験(受託研究)

知見 康弘; 岩田 景子; 飛田 徹; 大津 拓与; 高見澤 悠; 吉本 賢太郎*; 村上 毅*; 塙 悟史; 西山 裕孝

JAEA-Research 2017-018, 122 Pages, 2018/03

JAEA-Research-2017-018.pdf:44.03MB

原子炉圧力容器の加圧熱衝撃(Pressurized Thermal Shock: PTS)事象に対する構造健全性評価に与える影響項目の一つである高温予荷重(Warm Pre-stress: WPS)効果は、高温時に予め荷重を受けた場合に、冷却中の荷重減少過程では破壊が生じず、低温での再負荷時の破壊靱性が見かけ上増加する現象である。WPS効果については、主として弾性データによって再負荷時の見かけの破壊靱性を予測するための工学的評価モデルが提案されているが、試験片の寸法効果や表面亀裂に対して必要となる弾塑性評価は考慮されていない。本研究では、実機におけるPTS時の過渡事象を模擬した荷重-温度履歴を与える試験(WPS効果確認試験)を行い、WPS効果に対する試験片寸法や荷重-温度履歴の影響を確認するとともに、工学的評価モデルの検証を行った。再負荷時の見かけの破壊靭性について、予荷重時の塑性の程度が高くなると試験結果は工学的評価モデルによる予測結果を下回る傾向が見られた。比較的高い予荷重条件に対しては、塑性成分等を考慮することにより工学的評価モデルの高精度化が可能となる見通しが得られた。

簡素化ペレット法によるMOX燃料製造技術開発,2; 小規模MOX試験設備を用いた転動造粒法による粉末流動性改良試験

加藤 良幸; 木村 雄一; 川崎 諭*; 栗田 勉; 吉元 勝起

no journal, , 

簡素化ペレット法については、2010年までにプルトニウムなどを用いた小規模試験を実施して工学規模でのプロセス成立性を確認を目指している。原料粉末調整工程については、600gMOX/Batch規模の原料粉末調整試験を実施して、得られる原料粉末の品質や収率などを踏まえて工学規模でのプロセス成立性を評価する。このため、小規模試験設備を用いてMOX粉末の造粒試験を実施し、プロセス成立性評価に必要な粉末の特性や収率などのデータを取得した。試験の結果、MOX粉末の流動性指数を60以上にでき、かつ、比表面積やO/MなどのMOX粉末仕様を満足し、製品収率もおおむね9割以上にできる適切な粉末流動性改良条件を見いだすことができた。

簡素化ペレット法によるMOX燃料製造技術開発; 脱硝・造粒の容器共用に対する窒化珪素材料の強度評価試験

栗田 勉; 木村 雄一; 加藤 良幸; 吉元 勝起; 鈴木 政浩; 植松 敬三*; 田中 諭*

no journal, , 

簡素化ペレット法では脱硝・造粒・焙焼還元の各処理容器を窒化珪素製脱硝皿で共用化することを検討している。脱硝皿は溶液腐食,熱疲労,応力疲労など使用環境での耐久性評価を行ってきたが、酸化還元環境の材料物性はない。焙焼還元処理への脱硝皿適用について窒化珪素の酸化還元雰囲気での材料試験及び加速試験条件の検討を行った。750Cでは強度低下は見られず、900Cでの腐食痕の反応速度から加速試験条件が設定できる可能性を見いだした。

振動細管法における測定用サンプルの少量化検討

石井 克典; 鈴木 政浩; 山本 琢磨; 木原 義之; 栗田 勉; 加藤 良幸; 吉元 勝起; 安田 正俊*; 松坂 修二*

no journal, , 

高速増殖炉燃料製造用原料MOX粉末への振動細管式流動性測定装置の適用を目指した試験検討を実施している。流動性測定の効率化の観点から、試料の小量化が望ましい。本研究では、サンプル量が流動性プロファイルに与える影響等を調べることにより、振動細管法における測定試料の少量化の可能性について検討した。

振動細管法における細管排出口径と測定可能な粒径範囲の関係

石井 克典; 鈴木 政浩; 山本 琢磨; 木原 義之; 栗田 勉; 加藤 良幸; 安田 正俊*; 松坂 修二*; 吉元 勝起

no journal, , 

振動細管式流動性評価法のMOX原料粉末への適用性検討を実施している。本実験では、850ミクロン以下の粒子径を有するジルコニア粒子を模擬粒子として使用した。異なる粒子径の成分を混合することにより、測定サンプルを調製した。細管排出口径と細管の傾斜角を調整することにより、45ミクロンから850ミクロンまで、安定的な流動性評価が可能であることが実験的に示された。

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。