JPH0610896U - 材料照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速炉の炉心内に挿入する材料照射装置の軸
方向試験片の温度分布を平坦化することができる装置を
提供すること。 【構成】 流動ナトリウム中に試験片を入れた内筒など
を有するカプセルを、軸方向に上、中、下部に複数個設
けた材料照射装置において、上部のカプセル中のナトリ
ウム流量（ｇ／ｓ）をより多くする。 【効果】 本考案の材料照射装置により、炉心内軸方向
における照射材料の温度分布を平坦化することができ
る。

Description

【考案の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本考案は、原子炉で使用する材料照射装置に係り、特に高速増殖炉用の材料照 射装置の改良に関する。

【０００１】

【従来の技術】

高速増殖炉用で使用する燃料の寿命は、被覆管、ラッパ管などの炉心構成材料 の中性子照射に起因したスエリング、クリ−プ、脆化などに依存する。このため 炉心構成材料の開発には実際に原子炉内で中性子照射試験を行い、材料の特性を 確認する必要がある。

【０００２】 図５は従来から高速炉において使用されている材料照射装置のカプセルの部分 切断模式図である。すなはち、１はカプセル、２は試験片、３は試験片を収納す るカプセル内筒管、４は同カプセル外筒管、５はガスギャップ部、６は熱電対、 ７はガス入口管、８はガス出口管、９はナトリウム入口管、１０はナトリウム出 口管である。

【０００３】 図６は、図５に示したような複数個のカプセル１を、軸方向および径方向に軸 心管１１に取り付けて配置した従来例の材料照射装置１２である。

【０００４】 図７は、図６に示したように、軸方向に上、中、下部に各１個のカプセル１を 配置して照射した時のカプセル内の試験片の軸方向温度分布曲線図である。図７ において、３２、３１、３０は、それぞれ上、中、下部の温度分布を示す。 カプセル１の外側を流れるナトリウム冷却材の流量は１００ｇ／ｓ、ナトリウ ム入口管９より取り込まれてカプセル内を流れるナトリウムの導入量は、０．１ ｇ／ｓ、またカプセル内筒管３と外筒管４のガスギャップ部５のギャップ幅は、 ０．３ｍｍである。この従来のカプセル内の試験片の温度分布３２、３１、３０ は原子炉内の中性子による軸方向ガンマ発熱分布とほぼ類似の分布を示す。

【０００５】 原子炉内で中性子を照射した後、原子炉より試験片を炉外に取り出し、炉外に て試験片２の材料特性が調べられる。材料の特性は照射中の試験温度に強く依存 するために、被照射試験片２は、照射中は、軸方向の上部側と下部側で一定温度 に保持する必要がある。上記のように、従来例の装置では、温度分布が平坦化さ れにくかった。

【０００６】 従来の材料照射装置については、トピカル ミ−テング オン フアスト サ −マル アンド ヒュ−ジオン リアクタ− エクスペリメント レポ−ト番号 ＣＯＮＦ−８２０４０６−５ 第１０８から第１２１頁（Ｔｏｐｉｃａｌ Ｍ ｅｅｔｉｎｇ ｏｎ Ｆａｓｔ， Ｔｈｅｒｍａｌ ａｎｄ Ｆｕｓｉｏｎ Ｒ ｅａｃｔｏｒ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ， Ｒｅｐｏｒｔ Ｎｏ．ＣＯＮＦ−８２ ０４０６−５ ｐｐ１０８−１２１）において詳細に論じられている。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

上記のように、従来は材料照射装置の軸方向に複数段にして、複数個宛配置し たカプセル内を流動するナトリウム導入量は、上、下部に配置されたカプセルに ついて、すべて０．２ｇ／ｓ以下に均等になっていたが、炉心内における軸方向 の温度分布の平坦化を考慮して、上部側および下部側に配置されたカプセル中に 導入するナトリウム導入量を改善した。

【０００８】 本考案は、上記の状況に鑑みてなされたもので、カプセル内のナトリウム導入 量を変えることにより、炉心の軸方向試験片の温度分布を平坦化できる材料照射 装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

上記課題を解決するための本考案に係る材料照射装置の構成は、流動ナトリウ ム中に複数個の試験片を収納する内筒と不活性ガスの断熱層と外筒とを備えたカ プセルを、原子炉炉心内に挿入する軸心管の外周部に複数個束ねるとともに炉心 内で軸心管の上下方向にも複数段に設けてなる材料照射装置において、炉心中心 部より上部側に配設したカプセル内を流れるナトリウム量を、炉心中心部より下 部側に配設したカプセル内を流れるナトリウム量よりも多くしたことである。

【００１０】

【作用】

試験の温度は、試験片などの材料部材のガンマ発熱量、カプセルの外側を流れ るナトリウム冷却材の温度と除熱作用、カプセル内を流れるナトリウムによる除 熱作用と、カプセルのガスギャップ部で生じる温度上昇によって決まる。

【００１１】 従来の材料照射装置では、照射試験後、カプセル内のナトリウムをカプセルか ら取り出し易くするために、できる限りナトリウムの出入口管径を大きくした方 が好ましいが、ナトリウムによる除熱効果が過大であり試験片の温度を低下させ るので、ナトリウム出入口管径を小さくして、カプセル内のナトリウム導入量を 極力少なくしてカプセル内でのナトリウムによる除熱を抑えていた。

【００１２】 しかし、図３に示すように原子炉の炉心内の軸方向上、中、下部の３個所にカ プセルを配設し、カプセル内のナトリウム導入量を１．０ｇ／ｓにして照射する と原子炉の炉心中心より下部に配設したカプセルでは、カプセル内を流れるナト リウムの除熱により試験片の軸方向温度分布は、実線４０および４１で示すよう に破線３０および３１で示す従来の材料照射装置の試験片の温度分布と相似であ るが、温度の絶対値は低下する。

【００１３】 しかし、炉心上部に配設したカプセルでは、実線で示した試験片の軸方向温度 分布４２は、破線で示した従来の材料照射装置の温度分布３２と異なり４２（ナ トリウム導入量１．０ｇ／ｓ）の方が３２（ナトリウム導入量０．１ｇ／ｓ）よ りも温度分布は、平坦化されている。試験片の温度分布の平坦化は、照射後に測 定される材料特性を把握する上で重要である。

【００１４】 ただし、図４に示したように、カプセル内のナトリウム導入量を１０ｇ／ｓに まで高めると、原子炉炉心の上部に配設したカプセル内の試験片の軸方向温度分 布５２はさらに平坦化されるが、試験片温度の絶対値も低下する。さらにカプセ ル内のナトリウム導入量を増加すると、試験片の軸方向温度分布は、カプセルの 外側を流れる冷却材温度分布とほぼ等しくなる。

【００１５】 このように、原子炉炉心の下部に配設したカプセルでは、カプセル内のナトリ ウム導入量をできる限り制限した方が試験片の絶対温度を低下させず好ましい。 一方、炉心の上部に配設したカプセルでは、逆にカプセル内のナトリウムをあ る程度導入した方が好ましく、計算の結果では、カプセル内に０．５から５．０ ｇ／ｓのナトリウムを導入した場合は、試験片の軸方向温度分布を平坦化するこ とができて好適である。

【００１６】

【実施例】

以下、本考案の一実施例を図１および図２を用いて説明する。図１は、本考案 の一実施例のカプセルの縦断面模式図、図２は、同カプセルを配設した材料照射 装置の模式図である。図１および図２において、１はカプセル、２は試験片、３ はカプセル内筒管、４はカプセル外筒管、５はガスギャップ部、７はガス入口管 ８はガス出口管、１１は軸心管、１６は本考案のカプセル、１７は試料バスケッ ト、１８はナトリウム入口管、１９はナトリウム出口管、２０は本考案の材料照 射装置である。

【００１７】 本考案の材料照射装置の構成および機能を説明する。試験片２は、外径１７． ５ｍｍ、肉厚０．５ｍｍのステンレス製バスケット１７に保持され、外径１９ｍ ｍ、肉厚１．０ｍｍのステンレス製内筒管３内に収納される。試験片の温度を高 めるガスギャップ部５は、内筒管３の外径（１９ｍｍ）と外筒管４の内径１９． ３ｍｍ（外径２０．３ｍｍ）の間に形成される。ガスは、外部のガス供給装置で ヘリウム・アルゴン混合ガス比に調整された後、カプセルのガス入口管７より供 給され、ガス出口管８から排出される。

【００１８】 図２において、原子炉炉心上部に配設する本考案のカプセル１６のナトリウム 入口管１８および出口管１９の寸法は、カプセル内のナトリウム導入量が１．０ ｇ／ｓになるように入口管、出口管共に、内径３．１ｍｍ、外径４．１ｍｍであ る。一方、原子炉の炉心下部および中央部に配設するカプセル１（図５）のナト リウム入口管９および出口管１０の寸法は、カプセル内のナトリウム導入量が、 ０．１ｇ／ｓになるように入口管・出口管共に、内径１．１ｍｍ、外径２．１ｍ ｍである。

【００１９】 図２は、原子炉の炉心下部および中央部には導入量０．１ｇ／ｓのナトリウム を導入できるカプセル１を、また炉心上部には１．０ｇ／ｓのナトリウムをカプ セル内に積極的に導入できるカプセル１６を配設した本考案の材料照射装置を示 した模式図である。

【００２０】 図２において、ナトリウム冷却材は、本考案の材料照射装置２０のエントラン スノズルより入り、カプセル１および１６の外側を通過すると同時にナトリウム 入口管よりカプセル１および１６内に導入されて、試験片およびカプセル内で発 生したガンマ線による発熱を除去し、上部方向へ流れる。 本考案の材料照射装置２０を原子炉内に設置し、中性子照射を行うと、上部の カプセル１６内の試験片は、カプセル内を流れる多量のナトリウムによって、従 来のカプセルより平坦な軸方向温度分布で照射され、良好な材料照射試験を行う ことができる。

【００２１】 さらに、きめ細かい試験片温度制御を行うためには、ガスギャップ部幅を軸方 向に調整したり、ガンマ発熱体となるカプセル部材の重量を軸方向で調整するこ とによっても達成できる。

【００２２】

【考案の効果】

以上記載したように、本考案の材料照射装置では、炉心上部側に配置した試験 片を入れたカプセル内のナトリウム流量を調整して、試験片温度を低下せずに材 料特性に影響する試験片の軸方向温度を平坦化することができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例のカプセルの縦断面図であ
る。

【図２】本考案の一実施例のカプセルを配置した材料照
射装置である。

【図３】カプセル内に１．０ｇ／ｓのナトリウムを流し
た試験片の軸方向温度分布図である。

【図４】カプセル内に１０ｇ／ｓのナトリウムを流した
試験片の軸方向温度分布図である。

【図５】従来のカプセルの部分切断模式図である。

【図６】従来の材料照射装置である。

【図７】従来の材料照射装置による試験片の軸方向温度
分布図である。

【符号の説明】

１ カプセル ２ 試験片 ３ 内筒管 ４ 外筒管 ５ ガスギャップ部 ７ ガス入口管 ８ ガス出口管 ９、１８ ナトリウム入口管 １０、１９ ナトリウム出口管 １１ 軸心管 １６ 本考案のカプセル １７ 試験片バスケット ２０ 本考案の材料照射装置

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 流動ナトリウム中に複数個の試験片を収
   納する内筒と不活性ガスの断熱層と外筒とを備えたカプ
   セルを、原子炉炉心内に挿入する軸心管の外周部に複数
   個束ねるとともに炉心内で軸心管の上下方向にも複数段
   に設けてなる材料照射装置において、炉心中心部より上
   部側に配設したカプセル内を流れるナトリウム量を、炉
   心中心部より下部側に配設したカプセル内を流れるナト
   リウム量よりも多くしたことを特徴とする材料照射装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のカプセルにおいて、炉心
   中心部より下部側に配設したカプセル内のナトリウム流
   量を、０．２ｇ／ｓ以下とし、炉心中心部より上部側に
   配設したカプセル内のナトリウム流量を０．５〜５．０
   ｇ／ｓにしたことを特徴とする材料照射装置。