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論文

High-temperature oxidation of sheath materials using mineral-insulated cables for a simulated severe accident

中野寛子; 広田憲亮; 柴田裕司; 武内伴照; 土谷邦彦

Mechanical Engineering Journal (Internet), 5(2), p.17-00594_1 - 17-00594_12, 2018/04

https://doi.org/10.1299/mej.17-00594

現在の軽水炉の計装システムは、原子炉運転と原子炉停止中の全ての状況を監視するために不可欠であるが、福島第一原子力発電所の重大事故のような状況では充分に機能しなかった。そのため、過酷事故時でも炉内の計測データを伝送可能な高温型MIケーブルを開発している。特に、過酷事故時の原子炉内は、窒素,酸素,水素,水蒸気のほかに核分裂生成物等が含まれた混合ガス雰囲気中に暴露されることから、シース材の早期破損が懸念される。本研究では、MIケーブル用シース材として選定したSUS316及びNCF600について、過酷事故を模擬した雰囲気(模擬大気,模擬大気/H $_{2}$ O, I $_{2}$ /CO/O $_{2}$ /H $_{2}$ O)中における高温酸化特性を調べた。その結果、模擬大気中または模擬大気/H $_{2}$ O環境下におけるSUS316及びNCF600の両試料表面に均一な酸化皮膜が形成されるとともに、酸化速度を評価し、破断時間の予想が可能となった。一方、I $_{2}$ が含まれている雰囲気では、試料表面の均一な酸化皮膜の形成だけでなく、局部腐食を引き起こす複雑な腐食挙動を示すことが分かった。

口頭

過酷事故模擬環境における高温型MIケーブル用シース材の腐食特性

中野寛子; 柴田裕司; 武内伴照; 松井義典; 土谷邦彦

no journal, ,

過酷事故時でも炉内の計測データを伝送可能な金属被覆無機絶縁ケーブル(MIケーブル)を開発している。本研究では、過酷事故時の環境を模擬したMIケーブル用シース材の耐食性を調べるため、選定したオーステナイト系ステンレス鋼SUS316及びニッケル基合金NCF600について、過酷事故環境を模擬した大気雰囲気(O $_{2}$ 雰囲気)、大気と水蒸気雰囲気(O $_{2}$ /H $_{2}$ O雰囲気)もしくは大気とヨウ素雰囲気(O $_{2}$ /I $_{2}$ 雰囲気)中における耐食性を調べた。その結果、1000 $^{circ}$ C2hの条件では、NCF600よりSUS316の方が腐食速度は大きいこと、また、H $_{2}$ Oの添加によりO $_{2}$ 雰囲気より腐食速度が大きいことがわかった。一方、O $_{2}$ /I $_{2}$ 雰囲気では、NCF600よりもSUS316の方が腐食速度が大きく、I $_{2}$ の影響によって腐食が促進されることを確認した。したがって、NCF600の方が想定される環境における耐食性が高いことが示唆された。

口頭

過酷事故模擬環境を想定した高温型MIケーブル用シース材の腐食特性,2

中野寛子; 広田憲亮; 武内伴照; 柴田裕司; 根本忠洋*; 花本行生*; 土谷邦彦

no journal, ,

原子力発電所における監視システムの高度化の一環として、過酷事故時でも炉内の計測データを伝送可能な高温型MIケーブルを開発している。特に、過酷事故時の原子炉内は、窒素, 酸素, 水素, 水蒸気のほかに核分裂生成物等が含まれた混合ガス雰囲気に暴露されることから、シース材の早期破損が懸念される。本研究では、MIケーブル用シース材として選定したSUS316及びニッケル基合金NCF600について、過酷事故環境を模擬した雰囲気(O $_{2}$ , O $_{2}$ /H $_{2}$ O, I $_{2}$ , I $_{2}$ /O $_{2}$ /H $_{2}$ O等)中における耐食性評価を行った。その結果、7001000 $^{circ}$ CのO $_{2}$ 及びO $_{2}$ /H $_{2}$ O雰囲気では、SUS316及びNCF600ともほぼ均一な酸化被膜の形成が観測され、酸化現象は放物線法則が成立することが分った。一方、I $_{2}$ 雰囲気では、温度の上昇とともにSUS316表面の孔食が増加すること、I $_{2}$ を含んだ混合ガス雰囲気では、I $_{2}$ の影響と思われる孔食と酸化被膜の形成という複雑な腐食挙動を示していることが分った。

口頭

軽水炉過酷事故環境下における計測線用金属シース材の腐食挙動

中野寛子; 広田憲亮; 武内伴照; 柴田裕司; 根本忠洋*; 花本行生*; 土谷邦彦

no journal, ,

軽水炉における過酷事故環境下でも炉内の計測データを伝送可能な金属被覆無機絶縁材(MI)ケーブルを開発している。本研究では、過酷事故時の環境を模擬したMIケーブル用シース材の耐食性を調べるため、選定したSUS316及びニッケル基合金NCF600について、過酷事故時の環境を模擬した雰囲気(O $_{2}$ , O $_{2}$ /H $_{2}$ O, I $_{2}$ ,I $_{2}$ /O $_{2}$ ,I $_{2}$ /H $_{2}$ O,I $_{2}$ /O $_{2}$ /H $_{2}$ O, I $_{2}$ /O $_{2}$ /H $_{2}$ O/CO等)中における加熱試験を行い、腐食特性を調べた。その結果、O $_{2}$ 及びO $_{2}$ /H $_{2}$ Oの雰囲気では、両材料の表面には均一な酸化皮膜が形成されていたが、SUS316の方がNCF600よりも重量増加量は大きく、腐食度が大きかった。I $_{2}$ ガスを含んだ雰囲気では、SUS316表面には酸化皮膜の形成のみならず、孔食が見られた。この孔食は、ガス種の違いにより発生形態が異なっていた。以上から、過酷事故時の雰囲気により、シース材は複雑な腐食挙動を示すことが分かった。

口頭

過酷事故模擬環境を想定した高温型MIケーブル用シース材の腐食特性,3

中野寛子; 広田憲亮; 武内伴照; 土谷邦彦

no journal, ,

原子力発電所における監視システム高度化の一環として、過酷事故時でも炉内の計測データを伝送可能な高温型MIケーブルを開発している。特に、過酷事故時の原子炉内は、窒素,酸素,水素,水蒸気のほかに核分裂生成物等が含まれた混合ガス雰囲気中に暴露されることから、シース材の早期破損が懸念される。本研究では、MIケーブル用シース材として選定したSUS316及びNCF600について、燃料破損を想定した雰囲気(I $_{2}$ , I $_{2}$ /O $_{2}$ , I $_{2}$ /H $_{2}$ O, I $_{2}$ /O $_{2}$ /H $_{2}$ O)中における腐食特性調べた。その結果、NCF600は全雰囲気において試験片表面に厚さの均一な腐食生成物が観察された。SUS316は、I $_{2}$ , I $_{2}$ /O $_{2}$ 雰囲気では、表面に厚さの均一な腐食生成物が観察された一方で、I $_{2}$ /H $_{2}$ O, I $_{2}$ /O $_{2}$ /H $_{2}$ O雰囲気では、表面に厚さの不均一な酸化皮膜が形成され、さらにこの酸化皮膜が異なる酸化物で構成された層状であることが観察された。以上より、I $_{2}$ 及びH $_{2}$ Oの混合雰囲気では、SUS316表面で形成された酸化皮膜が破損と形成を繰り返し、層状に形成された可能性が考えられ複雑な腐食挙動を示していることが示唆された。

口頭

Corrosion properties of PCV equivalent materal for simulated severe accident

中野寛子; 武内伴照; 大塚薫; 広田憲亮; 土谷邦彦

no journal, ,

東京電力福島第一原子力発電所(1F)事故では、冷却機能を喪失した炉心で核燃料が溶融・落下し、これにより格納容器内は、窒素, 水素, 水蒸気, 酸素及び核分裂生成物の混合ガス等で暴露されたと推測されるが、混合ガス雰囲気における構造材料の腐食損傷の影響を明らかにされていない。本研究では、1F格納容器相当材として炭素鋼SPV355及びオーステナイト系ステンレス鋼SUS304を選定し、燃料破損時に放出されるヨウ素に着目した過酷事故模擬環境の腐食特性を評価した。まず、TG-DTA装置により、700 $^{circ}$ C及び1000 $^{circ}$ Cのairもしくはair/H $_{2}$ O雰囲気に暴露した。次に、I $_{2}$ /H $_{2}$ O及びI $_{2}$ /O $_{2}$ /H $_{2}$ O雰囲気で1000 $^{circ}$ C96hの電気炉加熱試験を行った。各試験後、SEM/EPMA表面分析を行った。この結果、air及びair/H $_{2}$ O雰囲気暴露試験後の試料表面には均一な酸化皮膜が形成された。一方で、I $_{2}$ /H $_{2}$ O及びI $_{2}$ /O $_{2}$ /H $_{2}$ O雰囲気では、各試料表面に厚みの不均一な腐食生成物が形成され、剥離しやすいことが観測されたことから、ヨウ素含有条件において腐食が促進される傾向にあることが示唆された。

口頭

ヨウ素ガスを含んだ過酷事故模擬環境における格納容器相当材の腐食特性

中野寛子; 武内伴照; 広田憲亮; 土谷邦彦

no journal, ,

福島第一原子力発電所(1F)事故では、冷却機能を喪失した炉心で核燃料が溶融・落下したと推測され、格納容器内は、窒素, 水素, 水蒸気, 酸素及び核分裂生成物の混合ガス等で暴露されたことから、格納容器材料の腐食が懸念される。しかしながら、これらの雰囲気に暴露された1F格納容器材料の表面状態はまだ詳細に観察されていない。本研究では、1F格納容器相当材として炭素鋼SPV355及びオーステナイト系ステンレス鋼SUS304について、腐食性の高いヨウ素ガスに着目し、過酷事故模擬環境下におけるこれらの材料の腐食特性を調べた。ヨウ素及び水蒸気の混合雰囲気で1000 $^{circ}$ C96時間暴露した結果、SPV355は表面全体が腐食し、炭素等の析出、SUS304は不均一で剥がれやすい酸化皮膜が形成されていることが観察された。また、断面観察により、SPV355の腐食層厚さはSUS304と比較して約4倍厚いことも観測された。また、EDX分析を行った結果、SPV355ではFe-Oの形成及びCの析出が確認され、SUS304では表面にCr-Oの形成及び表面近傍の粒界にSi-Oの偏析が確認されたことから、ヨウ素ガスを含んだ条件において、腐食の形態が異なることが示唆された。