固液二相流中の金属材料の損傷および腐食に関する調査報告書

大谷 恭平; 佐藤 智徳; 加治 芳行; 山本 正弘

JAEA-Review 2019-007, 15 Pages, 2019/06

JAEA-Review-2019-007.pdf:2.35MB

液体固体粒子を含んだ流体による流れ(固液二相流)を取り扱う配管などの構成材料は、固液二相流中の固体粒子の衝突によってエロージョンと呼ばれる損傷が生じる。固液二相流の液体が腐食性溶液である場合、溶液は更に化学的に作用してエロージョン・コロージョンと呼ばれる損傷が生じる。福島第一原子力発電所(1F)の廃炉作業で実施が予定されているデブリ取り出し作業の際には、破砕されたデブリ微粒子による循環冷却ラインの配管の損傷が懸念される。そのため、固液二相流における金属材料のエロージョンおよびエロージョン・コロージョンに関する文献調査を実施した。文献調査結果より、1Fのデブリ取り出し時に設置される冷却系配管の材料についてはクロムを含む鋼材や耐食性の高いステンレス鋼の使用が望ましいと考えられる。また、エロージョン・コロージョンの解析では、誤った条件や曖昧な条件で試験を実施すると金属材料の損傷速度の変化に影響する因子が適格に判別できず、事実と異なる認識をしてしまう危険性があることも分かった。このため、1Fのデブリ取り出し時において発生すると予測される粉砕微粒子が配管等の機器材料に与える影響を正確に評価するためには、金属材料の損傷速度に大きく影響を与える環境条件や1F特有の放射線によるラジオリシス等の因子を考慮した上で試験を行う必要がある。

Design of mercury cirulation system for J-SNS

木下 秀孝; 羽賀 勝洋; 粉川 広行; 神永 雅紀; 日野 竜太郎

Proceedings of ICANS-XVI, Volume 3, p.1305 - 1314, 2003/07

大強度陽子加速器計画において開発が進められている核破砕中性子ターゲットの設計において、ターゲット材となる水銀を安定して流動し、ターゲットで発生する陽子ビーム入射による熱を除熱するため、水銀循環システムの開発を進めている。水銀循環システムは現状、基本的な設計を終えており、基本仕様を確定している。しかし、水銀循環用のポンプや配管のエロージョンなど性能及び特性が確定していない問題がある。本報では、水銀流動システムの基本スペック及び設計指針を示し、開発に伴う水銀用ギアポンプ試験及び配管エロージョン試験の結果を示す。実験の結果、ギアポンプは十分所定の性能を満たし、実機への適用が可能でることを確認した。また、エロージョンに関しては施設の寿命期間には、強度低下を起こすほどの影響はないこと、さらに、配管に付着する水銀量の評価から運転員によるメンテナンスが短時間であれば可能なことを明らかとした。本結果を基に水銀循環システムの最終的な仕様決定を行う予定である。

流動鉛ビスマス条件下におけるSS316のコロージョン・エロージョン特性

菊地 賢司; 倉田 有司; 斎藤 滋; 二川 正敏; 佐々 敏信; 大井川 宏之; 三浦 邦明*

日本機械学会2002年度年次大会講演論文集, p.273 - 274, 2002/09

加速器と未臨界炉を組み合わせた核変換実験装置では、核破砕ターゲットとして鉛ビスマスを用いる。高温で流動する鉛ビスマスの循環試験を3000時間実施し、オーステナイトステンレス鋼SS316のコロージョン・エロージョン特性を研究した。その結果、SS316材の腐食量は0.1mm/3000時間,Cr-Feの結晶粒が循環ループ内の低温部に析出することがわかった。試験温度は高温部で、450C,低温部で400C流速は1m/sである。鉛ビスマスは4NのArガスで封入し、酸素濃度は積極的に制御していない。

多様な作動流体を用いた場合の重要熱流課題の特性比較

村松 壽晴; 須田 一則; 村上 諭*; 山口 彰

JNC TN9400 2000-109, 96 Pages, 2000/11

JNC-TN9400-2000-109.pdf:9.56MB

高速炉の実用化に向け、多様な作動流体を冷却材として用いた場合の検討に資するため、原子炉基本設計を左右する重要熱流動課題として、(1)自由液面揺動、(2)温度成層化、(3)サーマルストライピングおよび(4)自然対流の4項目を取上げ、作動流体としてNa、Pb-Bi合金、Co2ガスを用いた場合のそれぞれの現象の特性変化を数値解析的に検討・評価した。得られた結果は、以下の通りである。[自由液面揺動](1)Fr数を指標とした内部流動特性および自由液面特性につき、Naを作動流体とした場合とPb-Bi合金を作動流体とした場合で有意な違いは生じない。(2)液面近傍流速を指標としたガス巻込み限界につき、AQUA-VOFコードが実験結果と概ね一致する結果を与え、同コードがガス巻込み限界の1次評価に使用可能であることを確認した。[温度成層化](1)連行現象(上下層剪断渦)の発生位置は、NaあるいはPb-Bi合金を作動流体とした場合Ri数の減少とともに下流側に移動する。一方、CO2ガスの場合には、その発生位置はRi数の減少により上流側に移動する。(2)温度成層界面の解消速度は、流体物性としての熱伝導度に大きく依存した特性を示す。すなわち、CO2ガス中に温度成層界面が発生した場合には、より積極的な界面解消策を講じる必要があることを示唆している。[サーマルストライピング](1)CO2ガスを作動流体とした場合には、大きな粘性係数値と小さな熱伝導度との相乗効果によって、より下流側まで大振幅の温度揺らぎが到達する。(2)作動流体を変更した場合、温度揺らぎ振幅を評価するためにはReを一致させる必要が、温度揺らぎ周期を評価するためには流速値を一致させる必要がある。[自然対流](1)基本的に、浮力噴流挙動に準じる特性を示す。ただし、自然循環力の立ち上がりの特性は、流体の熱容量および熱伝導度の影響を大きく受ける。なお、CO2ガスの場合には、自然循環ヘッドが大きい場合のみ、液体金属の場合と同様な温度過渡特性を示す。(2)各作動流体を用いた場合のピーク温度到達時間は、Ra数一致条件の下で評価が可能である。

熱応力緩和型板状傾斜機能材料の試作と評価,1

林 和範; 平川 康; 加納 茂機; 吉田 英一

PNC TN9410 98-048, 56 Pages, 1998/03

PNC-TN9410-98-048.pdf:7.03MB

熱応力緩和を目的とした板状の傾斜機能材料の試作を行い、特性評価を行った。減圧プラズマ溶射法により、AlOとSUS316L系またはYOとSUS316L系において、SUS316Lを基板とし、AlOまたはYOの組成が0%から100%まで20%おきに変化するようにした6層構造の板状傾斜機能材料を形成した。皮膜断面の観察からクラックなどの欠陥は見られず、硬度は基板から表面に向かって連続的に上昇した。また、X線回折から、SUS316LおよびYOは原料粉末と皮膜で構造変化は見られなかったが、AlOは皮膜に-AlO以外に-AlOが見られた。この試作材について、823Kまたは923Kのナトリウムに3.6Ms(1000時間)の浸漬試験を実施したところ、傾斜機能皮膜に剥離やクラックが生じ、溶射粒子間の結合力に問題があることが明らかとなった。これを改善するために、溶射時の雰囲気圧力を変化させて皮膜を作成し、断面組織観察、硬度測定および構造解析を行った。その結果、圧力が高い溶射条件で形成した皮膜の方が、ち密になる傾向があったため、その条件で傾斜機能材料の試作を行った。

Tritium retention in graphite inner wall of JT-60U

正木 圭; 児玉 幸三; 安東 俊郎; 西堂 雅博; 清水 正亜; 林 巧; 奥野 健二

Fusion Engineering and Design, 31, p.181 - 187, 1996/00

https://doi.org/10.1016/0920-3796(95)00431-9

JT-60では、1991年7月から重水素実験を行っている。この重水素反応に伴って生成されたトリチウムは真空排気系を通して希釈後外部へ排気されるが、一部は真空容器内の第一壁に残留する。そこで、第一壁に残留しているトリチウム量を評価するために、使用後第一壁のトリチウム分析を行った。その結果、トリチウムのポロイダル分布では、ダイバータ板のインボード側のトリチウム濃度が最も高くプラズマの脚が直接当たるストライクポイントが低いことがわかった。また、トロイダル分布では、エロージョン領域を含むサンプルが最もトリチウム濃度が高く、エロージョン領域のすぐ脇の領域に多くのトリチウムが分布していると考えられる。これらの結果からJT-60第一壁全体のトリチウム残留量を評価すると、分析用タイルを取外した1993年までに生成されたトリチウム約32GBqの50%に相当する16GBqのトリチウムが第一壁に残留していたことがわかった。

Development and experiences with JT-60U plasma facing components

安東 俊郎

NIFS-PROC-12, p.75 - 78, 1993/03

JT-60Uプラズマ対向壁に関する最近の開発状況および運転経験について報告する。まず、ダイバータ板にBC表面改質c/c複合材タイルを設置し、JT-60Uプラズマに曝した結果、傾斜機能性BC層を有するコンバージョン材には、はく離が認められず、被覆材と比べて熱負荷特性が優れていること、またタイル端部には熱集中を軽減するためあらかじめテーパをつけた方がよいこともわかった。次に、第一壁に設置したBCコンバージョン黒鉛については、タイル端部にBCの溶融が認められたが、はく離は生じていない。これらのBC層は約100mの厚みを有すが、一年間の運転後でも、BC層が残っており寿命上の問題もないことを確認した。さらに昨年実施したテーパ加工において、若干加工代の少なかった特定の列のダイバータタイルに、軽微ではあるがトロイダル方向に明確な周期性のある浅いエロージョンが認められた。これはトロイダル磁場のリップルによると考えられる。

人工バリアの健全性評価手法に関する研究; 地下研を活用した試験計画の概要

中山 真理子*; 小林 正人*; 川久保 政洋*; 鈴木 圭*; 江藤 次郎*; 中山 雅; 大野 宏和; 朝野 英一*

no journal, , 

人工バリア定置後の状態変化を把握することを目的として、原子力機構の幌延深地層研究センター深度350m調査坑道においてオーバーパック溶接部腐食試験、緩衝材のパイピング/エロージョン試験および地中無線伝送試験を実施する。本報告ではこれらの試験計画の概要について報告する。

高速炉蒸気発生器伝熱管周囲に形成されるナトリウム-水反応環境を考慮したターゲットウェステージ評価,3

栗原 成計; 梅田 良太; 下山 一仁; 菊地 晋

no journal, , 

ナトリウム(Na)冷却型高速炉の蒸気発生器(SG)で想定されるウェステージ現象について、高温のNaOH-NaO環境における流れを伴うNa-Fe複合酸化型腐食(COCF)実験と水滴を衝突させた液滴衝突エロージョン(LDI)実験を実施し、COCFとLDIを重畳させた新たなウェステージ相関式を提案した。本報では、垂直管群を模擬した実機SG条件でのNa-水反応試験を実施し、各ターゲット管に対して新ウェステージ評価法の適用性を定量評価するとともに、貫通破損伝熱管を対象に注水停止後のブローダウン過程を含めた時間におけるウェステージの時間進行を定性的に検討した。