JP2005321209A

JP2005321209A - 中性子照射試験装置

Info

Publication number: JP2005321209A
Application number: JP2004137183A
Authority: JP
Inventors: Kenji Noda; 健治野田; Taiji Hoshiya; 泰二星屋; Kiyokazu Sato; 潔和佐藤; Ryuichi Kitano; 隆一北野; Osao Okano; 長生岡野
Original assignee: Toshiba Corp; Japan Atomic Energy Research Institute
Current assignee: Toshiba Corp; Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 2004-05-06
Filing date: 2004-05-06
Publication date: 2005-11-17

Abstract

【課題】テスト中、試験部に不測の事態が発生しても、試験部の中性子照射設定範囲の位置を変えるだけで継続してテストが続行できる中性子照射試験装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る中性子照射試験装置は、容器１１に収容され、中性子を照射する供試体１４を支持する手段２１，２２，２３，２４，２５，２６と、容器１１，１２，１２ａ，１２ｂ，１３を支持台８に対して進退させる手段９、２７，２８，２９，３０とを備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、供試体に中性子を照射してトリチウムの放出度合や損耗度合を事前に調査する中性子照射試験装置に関する。

例えば、核融合装置では、第一壁プラズマ対向材としてタングステン、ベリリウム、例えばＳｉＣ等の炭素繊維強化炭素複合材（ＣＦＣ）が使用されている。これらの材料は、高熱負荷の下、高温プラズマに直接または間接に接触するとともに、高い粒子束を受けているので、事前にスパッタリングによる損耗量や溶融・蒸発による損耗量を知ることが核融合装置に安定運転を行わせる上で必要とされる。

従来、第１壁プラズマ対向材として使用されるタングステン等の供試体に中性子を照射し、プラズマに対する不純物ガスの放出度合や中性子による損傷度合を事前に調査する中性子照射試験装置は、図９および図１０に示すように、しゃへい体１に収容され、階段状に形成したコンクリート製のブロック体２に冷却用ヘリウムガスを給排する導入管３および排出管４を設けるとともに、ブロック体２の底部側に接続され、型鋼や容器等を組み合わせて形成した支持台５に試験部６を設け、試験部６に供試体７を取り付けて中性子を照射し、供試体７の不純物ガスの放出度合や中性子損傷度合をテストしていた。なお、ブロック体２を階段状に形成したのは、供試体７のテスト中中性子が試験部６から万一漏出しても、階段状の突き出し部分で反射させブロック体２からの漏出を抑えるためのものである。

従来の中性子照射試験装置は、供試体７に中性子を照射する場合、試験部６の照射範囲を、例えば高さ５０ｍｍ、幅２００ｍｍに設定する固定範囲になっていた。このため、中性子照射のテスト中、試験部６に劣化損傷が発生すると、中性子照射試験装置は、ブロック体２、支持台５、試験部６に取り付けた供試体７を遠隔自動操作よりしゃへい体１から抜き出し、新たな試験部６に取り換えて再組立をした後、再びテストを継続しなければならず、再テストの際、前のデータとの間にくい違いが出、データに精度の保証ができない等、不具合、不都合があった。

したがって、中性子照射のテスト中、万一、試験部６に不測の事態が発生しても、そのままテストの継続ができ、データの精度維持ができる新たな中性子照射試験装置の実現が必要とされていた。

本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、供試体のテスト中、試験部に不測の事態が発生しても、試験部の中性子照射設定範囲の位置を変えるだけで継続してテストが続行できる中性子照射試験装置を提供することを目的とする。

本発明に係る中性子照射試験装置は、上記目的を達成するために、請求項１に記載したように、支持台に収容された容器内に収容し、中性子を照射する供試体を支持する手段と、上記容器を上記支持台に対して進退自在に移動させる手段とを備えたものである。

また、本発明に係る中性子照射試験装置は、上記目的を達成するために、請求項２に記載したように、供試体を支持する手段は、供試体を支持する受台と、この受台に接続され、支持台の底部まで延びて固定する支柱と、この支柱を包囲するベローズとで構成したものである。

また、本発明に係る中性子照射試験装置は、上記目的を達成するために、請求項３に記載したように、供試体を支持する手段は、供試体の頭部側を支持する頭部側受台と、この頭部側受台に接続され、支持台の頭部まで延びて固定する頭部側支柱と、この頭部側支柱を包囲する頭部側ベローズと、供試体の底部側を支持する底部側受台と、この底部側受台に接続され、支持台の底部まで延びて固定する底部側支柱と、この底部側支柱を包囲する底部側ベローズとで構成したものである。

また、本発明に係る中性子照射試験装置は、上記目的を達成するために、請求項４に記載したように、供試体を支持する手段は、供試体の側面から押圧力を与える弾性支持体であることを特徴とするものである。

また、本発明に係る中性子照射試験装置は、上記目的を達成するために、請求項５に記載したように、弾性支持体は一部切欠きの長円状であることを特徴とするものである。

また、本発明に係る中性子照射試験装置は、上記目的を達成するために、請求項６に記載したように、容器は、頭部側基板と底部側基板とで塞がれ、中央に配置した供試体収容容器と、この供試体収容容器の外側に同心的に配置された中間容器と、この中間容器の外側に同心的に配置された外側容器とで構成したものである。

また、本発明に係る中性子照射試験装置は、上記目的を達成するために、請求項７に記載したように、供試体収容容器、中間容器および外側容器のそれぞれに、スィープガスを給排させるスィープガス配管を設けたものである。

また、本発明に係る中性子照射試験装置は、上記目的を達成するために、請求項８に記載したように、スィープガス配管に、形状記憶合金製の管継手を設けたものである。

また、本発明に係る中性子照射試験装置は、上記目的を達成するために、請求項９に記載したように、供試体収容容器および中間容器のそれぞれに、外側壁にスペーサを螺旋状に巻装したものである。

また、本発明に係る中性子照射試験装置は、上記目的を達成するために、請求項１０に記載したように、中間容器は、隣りにも別の中間容器を配置し、一方の中間容器の外側壁に螺旋状に巻装したスペーサと、隣りの中間容器の外側壁に螺旋状に巻装したスペーサとは巻装方向を互いに反対方向にするとともに、一方の巻装位置が隣りの巻装位置の中間に位置する配置にしたものである。

また、本発明に係る中性子照射試験装置は、上記目的を達成するために、請求項１１に記載したように、外側壁にスペーサを螺旋状に巻装した中間容器は、そのコーナ部に封止部材を充填したものである。

また、本発明に係る中性子照射試験装置は、上記目的を達成するために、請求項１２に記載したように、容器を支持台に対して進退自在に移動させる手段は、容器を塞さぐ頭部側基板および底部側基板のそれぞれに設けたローラと、支持台の外側に設けたボールねじ軸に螺合させるとともに、上記容器にアームフレームを介して接続し、上記ボールねじ軸の回転力により進退するナット部とで構成したものである。

本発明に係る中性子照射試験装置は、テスト中、容器に不測の事態が発生しても容器の位置を進退自在に移動させるだけで供試体の中性子照射を継続して続行させることができるようにしたので、中性子照射による供試体のトリチウムの放出度合、損耗度合等のデータを精度高く収集することができ、そのデータを基に例えば核融合装置に安定運転を行わせることができる。

以下、本発明に係る中性子照射試験装置の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。

図１および図２は、本発明に係る中性子照射試験装置の第１実施形態を示す一部切欠き部分断面図である。なお、図１は中性子照射試験を開始直後の中性子照射試験装置の位置状態を示しており、また、図２は中性子照射試験を長期間に亘って継続使用した後の中性子照射試験装置の位置状態を示している。

本実施形態に係る中性子照射試験装置は、支持台８内をローラ９を介して進退自在に移動する基板１０に供試体収容容器１１と、この供試体収容容器１１の外側に同心的に順次配置して三重筒に形成した中空状の中間容器１２および外側容器１３とを備えている。

また、供試体収容容器１１は、例えば円板状の供試体１４を収容して中性子照射範囲Ｓを予め設定するとともに、供試体１４を支持する受台１５に接続され基板１０を貫通して支持台８の底部まで延びて固定される支柱１６を包囲形成するステンレス製のベローズ１７を備えている。

また、中間容器１２、外側容器１３およびベローズ１７のそれぞれには、スィープガス（冷却用ヘリウムガス）を供給するスィープガス配管１８ａ，１８ｂ，１８ｃがそれぞれ設けられている。

このような構成を備えた中性子照射試験装置において、供試体１４は図１に示すように、供試体収容容器１１の底部側に位置する受台１５に載置される。この受台１５の位置は、予め定められた中性子照射範囲Ｓになっている。

供試体１４が供試体収容容器１１の受台１５に載置されると、中性子試験が開始される。このとき、スィープガス配管１８ａ，１８ｂ，１８ｃのそれぞれからベローズ１７を介して供試体収容容器１１、中間容器１２、外側容器１３のそれぞれにスィープガスが供給される。

中性子照射試験中、供試体収容容器１１、中間容器１２、および外側容器１３のいずれかに損傷等不測の事態が発生した場合、基板１０はローラ９を介して支持台８の底部側に移動させ、ここで再び新たに定められた中性子照射範囲に中性子が照射される。さらに、再び供試体収容容器１１等に不測の事態が発生したとき、基板１０を支持台８の底部側に移動させ、最終、図２に示す位置まで基板１０を移動させる。この間、供試体１４は、中性子照射テストを中断することなく継続して行われる。

このように、本実施形態は、支持台８に収容される供試体収容容器１１等を支持する基板１０を設けるとともに、供試体収容容器１１に収容される受台１５を支持する支柱１６を設け、供試体収容容器１１等に不測の事態が発生しても基板１０を支持台８および支柱１６を介して支持台８の底部側に移動させ、テストを中断させることなく続行させたので、精度の高いデータを収集することができる。

図３は、本発明に係る中性子照射試験装置の第２実施形態を示す一部切欠き部分断面図である。なお、第１実施形態の構成部分に対応する部分には同一符号を用いている。

本実施形態に係る中性子照射試験装置は、支持台８に収容され、同心的に配置された供試体収容容器１１、中間容器１２、および外側容器１３の移動を自動化したものである。

供試体収容容器１１、中間容器１２、および外側容器１３は、頭部側基板１９と底部側基板２０とで塞がれている。

一方、供試体収容容器１１は、供試体１４を頭部側から支持する頭部側受台２１に接続し頭部側基板１９を貫通して支持台８の頭部側まで延びて固定される頭部側支柱２２と、供試体１４を底部側から支持する底部側受台２３に接続し底部側基板２０を貫通して支持台８の底部側まで延びて固定される底部側支柱２４とを備えている。なお、頭部側支柱２２および底部側支柱２４のそれぞれは、頭部側ベローズ２５および底部側ベローズ２６のそれぞれで包囲されている。

また、中性子照射試験装置は、外側容器１３の外側にボールねじ軸２７を設けるとともに、ボールねじ軸２７に螺合し、外側容器１３にアームフレーム２８を介して接続するナット部２９を設け、モータ３０からボールねじ軸２７に与えられた回転力によりナット部２９を進退させて供試体収容容器１１等を移動させるようになっている。

このように、本実施形態は、供試体１４の頭部側および底部側のそれぞれを支持する頭部側受台２１および底部側受台２３を設けるとともに、支持台８の外側に設置したボールねじ軸２７に螺合させたナット部２９を、アームフレーム２８を介して外側容器１３に接続させ、供試体１４の移動を自動化させたので、供試体１４を位置ずれさせることなく確実に移動させることができ、供試体収容容器１１等の中性子照射範囲Ｓに不測の事態が発生してもテストを中断させることなく容易に移動させて精度の高いデータを収集することができる。

図４は、本発明に係る中性子照射試験装置の第３実施形態を示す一部切欠き部分断面図である。なお、第１実施形態の構成部分に対応する部分には同一符号を用いている。

本実施形態に係る中性子照射試験装置は、供試体収容容器１１に収容する供試体１４に、その頭部側および底部側のそれぞれを支持する頭部側受台２１および底部側受台２３を設けるとともに、供試体１４の側面側をも支持する弾性支持体３１を設けたものである。

この弾性支持体３１は、図５に示すように、供試体収容容器１１の溶接部３２で溶着された一部切欠きの長円状に形成し、その弾性力を利用して供試体１４に押圧力を与えるようになっている。

したがって、本実施形態によれば、供試体収容容器１１に弾性支持体３１を設け、弾性支持体３１の弾性力を利用して供試体１４を側面からも支持したので、供試体１４の移動の際、位置ずれさせることなく確実に移動させることができる。

図６は、本発明に係る中性子照射試験装置の第４実施形態を示す一部切欠き部分断面図である。なお、第１実施形態の構成部分に対応する部分には同一符号を用いている。

本実施形態に係る中性子照射試験装置は、供試体収容容器１１の外側壁および中間容器１２の外側壁のそれぞれにスィープガスを流す際、冷却面積をより多く確保するために、例えば断面円形および角形のうち、いずれかの形状のスペーサ３３を軸方向に沿って螺旋状に巻装したものである。

また、本実施形態に係る中性子照射試験装置は、図７に示すように、一方の中間容器１２ａの外側壁と隣りの中間容器１２ｂの外側壁とのそれぞれにスペーサ３３ａ，３３ｂを螺旋状に巻装する場合、例えば一方の中間容器１２ａにスペーサ３３ａを時計方向廻りに巻装し、隣りの中間容器１２ｂにスペーサ３３ｂを反時計方向廻りに巻装し、スペーサ３３ａ，３３ｂ同士が交互に間に入って平行になり交差することを避けるようになっている。

その際、各中間容器１２ａ，１２ｂは、スペーサ３３ａ，３３ｂを巻装するとき、各コーナ部に隙間が発生し、スィープガスの拭き抜けを防止するために、封止部材３４が充填される。

このように、本実施形態では、供試体収容容器１１および中間容器１２のそれぞれに冷却面積をより多く確保するスペーサ３３を螺旋状に巻装するとともに、一方の中間容器１２ａと隣りの中間容器１２ｂとが互いに交差しない方向にスペーサ３３ａ，３３ｂを螺旋状に巻装させ、かつそのコーナ部に封止部材３４を充填してスィープガスの拭き抜けを防止したので、各容器１１，１２，１２ａ，１２ｂを確実に冷却することができ、供試体１４から精度の高いデータを収集することができる。

図８は、本発明に係る中性子照射試験装置の第５実施形態を示す一部切欠き部分断面図である。なお、第１実施形態の構成部分に対応する部分には同一符号を用いている。

本実施形態に係る中性子照射試験装置は、スィープガス配管１８ａ，１８ｂ，１８ｃのそれぞれに形状記憶合金製の管継手３５を設けたものである。

この形状記憶合金製の管継手３５は、常温時、口径が設計寸法よりも比較的大きく形成されており、高温時、口径が収縮するようになっている。

このように、本実施形態は、スィープガス配管１８ａ，１８ｂ，１８ｃに形状記憶合金製の管継手３５を設けたので、温度を調整することによりスィープガス配管１８ａ，１８ｂ，１８ｃの交替作業を容易に行うことができる。

本発明に係る中性子照射試験装置の第１実施形態を示す一部切欠き部分断面図で、供試体の中性子照射前の状態を示している。本発明に係る中性子照射試験装置の第１実施形態を示す一部切欠き部分断面図で、供試体の中性子照射後の状態を示している。本発明に係る中性子照射試験装置の第２実施形態を示す一部切欠き部分断面図。本発明に係る中性子照射試験装置の第３実施形態を示す一部切欠き部分断面図。図４のＢ−Ｂ矢視方向から切断した切断断面図。本発明に係る中性子照射試験装置の第４実施形態を示す一部切欠き部分断面図。図６のＣ−Ｃ矢視方向から切断した切断断面図。本発明に係る中性子照射試験装置の第５実施形態を示す模式図。従来の中性子照射試験装置を示す概略正面図。図９のＡ−Ａ矢視方向から見た側面図。

符号の説明

１しゃへい体
２ブロック体
３導入管
４排出管
５支持台
６試験部
７供試体
８支持台
９ローラ
１０基板
１１供試体収容容器
１２，１２ａ，１２ｂ中間容器
１３外側容器
１４供試体
１５受台
１６支柱
１７ベローズ
１８ａ，１８ｂ，１８ｃスィープガス配管
１９頭部側基板
２０底部側基板
２１頭部側受台
２２頭部側支柱
２３底部側受台
２４底部側支柱
２５頭部側ベローズ
２６底部側ベローズ
２７ボールねじ軸
２８アームフレーム
２９ナット部
３０モータ
３１弾性支持体
３２溶接部
３３，３３ａ，３３ｂスペーサ
３４封止部材
３５管継手

Claims

支持台に収容された容器内に収容し、中性子を照射する供試体を支持する手段と、上記容器を上記支持台に対して進退自在に移動させる手段とを備えたことを特徴とする中性子照射試験装置。
供試体を支持する手段は、供試体を支持する受台と、この受台に接続され、支持台の底部まで延びて固定する支柱と、この支柱を包囲するベローズとで構成したことを特徴とする請求項１に記載の中性子照射試験装置。
供試体を支持する手段は、供試体の頭部側を支持する頭部側受台と、この頭部側受台に接続され、支持台の頭部まで延びて固定する頭部側支柱と、この頭部側支柱を包囲する頭部側ベローズと、供試体の底部側を支持する底部側受台と、この底部側受台に接続され、支持台の底部まで延びて固定する底部側支柱と、この底部側支柱を包囲する底部側ベローズとで構成したことを特徴とする請求項１に記載の中性子照射試験装置。
供試体を支持する手段は、供試体の側面から押圧力を与える弾性支持体であることを特徴とする請求項１に記載の中性子照射試験装置。
弾性支持体は一部切欠きの長円状であることを特徴とする請求項４に記載の中性子照射試験装置。
容器は、頭部側基板と底部側基板とで塞がれ、中央に配置した供試体収容容器と、この供試体収容容器の外側に同心的に配置された中間容器と、この中間容器の外側に同心的に配置された外側容器とで構成したことを特徴とする請求項１に記載の中性子照射試験装置。
供試体収容容器、中間容器および外側容器のそれぞれに、スィープガスを給排させるスィープガス配管を設けたことを特徴とする請求項６に記載の中性子照射試験装置。
スィープガス配管に、形状記憶合金製の管継手を設けたことを特徴とする請求項７に記載の中性子照射試験装置。
供試体収容容器および中間容器のそれぞれに、外側壁にスペーサを螺旋状に巻装したことを特徴とする請求項６に記載の中性子照射試験装置。
中間容器は、隣りにも別の中間容器を配置し、一方の中間容器の外側壁に螺旋状に巻装したスペーサと、隣りの中間容器の外側壁に螺旋状に巻装したスペーサとは巻装方向を互いに反対方向にするとともに、一方の巻装位置が隣りの巻装位置の中間に位置する配置にしたことを特徴とする請求項９に記載の中性子照射試験装置。
外側壁にスペーサを螺旋状に巻装した中間容器は、そのコーナ部に封止部材を充填したことを特徴とする請求項９に記載の中性子照射試験装置。
容器を支持台に対して進退自在に移動させる手段は、容器を塞さぐ頭部側基板および底部側基板のそれぞれに設けたローラと、支持台の外側に設けたボールねじ軸に螺合させるとともに、上記容器にアームフレームを介して接続し、上記ボールねじ軸の回転力により進退するナット部とで構成したことを特徴とする請求項１に記載の中性子照射試験装置。