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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。

論文

特殊環境下で使用可能な監視システム高度化開発の現状

土谷邦彦; 武内伴照; 駒野目裕久*; 三浦邦明*; 荒木政則; 石原正博

日本保全学会第13回学術講演会要旨集, p.375 - 378, 2016/07

2015年、軽水炉安全技術・人材ロードマップが取りまとめられ、システム・機器・構造の信頼性向上と高度化に係る取組の重要性が指摘された。この中で、原子力発電所でシビアアクシデントが発生した際に、事象進展を迅速かつ的確に把握するため、プラント状態を監視し、状況を確認するための能力の向上を図ることが重要課題として挙げられている。本報告は、資源エネルギー庁の電用原子炉等安全対策高度化技術基盤整備事業「特殊環境下で使用可能な監視システム高度化」の一環として、低照度条件でも高解像度での撮影が可能な耐放射線性カメラ及び原子炉情報伝送システム(水中でも確実に信号を伝送できる無線システム及び過酷環境下における確実に炉内のデータを伝送できる計測線)の高度化に向けた技術基盤開発の現状についてまとめたものである。

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

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評価

中野寛子; 柴田裕司; 武内伴照; 松井義典; 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、さらにMIケーブルのシース材厚さから破損予測時間を評価した。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の添加により腐食が促進されることがわかった。さらに、1000 $^{circ}$ CにおけるO $_{2}$ /H $_{2}$ O雰囲気についてMIケーブルのシース材厚さが0.32mmのとき、SUS316は37時間、NCF600は170時間で破損することが予測できた。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、ヨウ素の影響によって腐食が促進されることを確認した。これにより、過酷事故を想定した環境では、SUS316は1000 $^{circ}$ C以上で3日間の計測は困難であり、NCF600がシース材として良好であることが示唆された。

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。