高出力密度核融合炉における要素交換技術の基礎設計

1988 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 63050036
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 西川 雅弘 大阪大学, 工学部, 助教授 (50029287)
• 研究分担者: 沢田 芳夫 東芝原子エネルギー開発室, 室長 ; 岡本 真実 東京工業大学, 教授 (40016853) ; 戸田 三朗 東北大学, 工学部, 教授 (60005387) ; 橘 英三郎 大阪大学, 工学部, 助教授 (80029165) ; 後藤 誠一 大阪大学, 工学部, 教授 (90029140)
• キーワード: 高出力密度核融合炉 / 迅速要素交換技術(QRT) / SMAを使った大口径コンパクトゲートバルブ / 隔壁部材厚さ / 隔壁部の差圧 / 弁座押え(リテーナー) / 線荷重 / 真空シール / ヘリウムリーク

研究概要

高出力密度核融合炉の稼働率を上げるために炉心部交換の作業時間の短縮にもっとも効果的なものにベーキング時間の短縮がある。本年度はこの問題を解決する迅速要素交換技術(QRT)の具体的機器としてSMAを使った大口径コンパクトゲートバルブを提案しこれについての機械的、力学的な考察を行うと共に小型装置で実証研究を行なった。
数値解析は当研究班で形状記憶合金を取り扱えるようにバージョンアップされた米国の公開プログラムによって行われた。リテーナーの突起部に掛かる単位長当りの荷重は300kg/cm以上となり真空シールに十分な線荷重が得られることが分かった。隔壁部材厚さ1mmでは、何かの事故で隔壁部に差圧が生じたときでも0.8気圧までであれば隔壁部が破壊することがない。ここでは、同様の動作機構を持ったままスケールダウンさせたゲートバルブを実際に製作し、発生力の測定と真空試験を行なって基本的な動作特性を調べた。弁座押え(リテーナー)の動きは温度によってスムースに変化して予測どうりの動きをしており、最大1mm以上の変位が得られているので、半分を拘束量としても0.5mmのクリアランスが残るので隔壁材であるシートの移送が可能である。弁座の締め付け力は最大で約10.5トンの荷重が発生しており、線荷重に直すと330kg/cmとなり、真空シールに必要とされる値を上回っている。SMAドライバーだけの締め付け圧力からリテーナーの発生力を計算すると約20tonとなる。この発生力の減少はSMAドライバーとリテーナー及びSUS面との摩擦が原因であるとすると、等価的な摩擦係数は約0.5であることが推測された。その結果を踏まえ、コンパクトゲートバルブの真空試験を行なった。隔壁部材としては0.1mm硬質、0.1mm軟質、0.3mm軟質、0.5mm軟質の4種類のアルミシートを使用し、真空シールに関してはヘリウムリークとして4.2×10^<-11>(Std.cc/sec)の様な良好な結果を得た。

研究成果

• [文献書誌] M.Nishikawa,;S.Toda,;E.Tachibana,;M.Kawai,;S.Goto;K.Watanabe,: Nuclear Engineering and Design/Fusion,to be pulished.6 (1989)
• [文献書誌] S.Toda,;M.Nishikawa,;J.Katayama;K.Watanabe.: Nuclear Engineering and Design/Fusion, to.be pulished.6 (1989)
• [文献書誌] M.Nishikawa,et al.,: Nuclear Engineering and Design/Fusion,to be published.(SOFT88). 6 (1989)
• [文献書誌] T.Hoshiya,;F.Takada,;M.Nishikawa,;K.Watanabe;Y.Ichikawa,: INTERNATIONAL WORKSOP ON INTELLIGENT MATERIALS,March 15-17,1989,Tukuba Center for Institutes.6 (1989)