報告書番号

N18007

タイトル（和文）

キャニスタのヘリウム漏えい検知器の開発（その４）－漏えい検知手法の評価－

タイトル（英文）

Development of Helium Leak Detector for Canister (Part.4)- Evaluation for Leak Detection Method -

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背 景
当所では、コンクリートキャスク内のキャニスタに対して、漏えい時にキャニスタの表面温度が変化する現象を利用した漏えい検知器を開発している[1],[2],[3]。キャニスタは溶接構造であり、漏えいが想定されていないため、漏えいした際に許容される漏えい基準が定められていない。
目 的
許容漏えい基準を策定するとともに、キャニスタ内圧が正圧および負圧からの漏えい試験を行い、現象を把握する。また、気温変化等の外乱を除去できる学習型漏えい検知手法に対して、漏えい試験結果を用いて適用性を評価する。
主な成果
1. 許容漏えい基準の評価
キャニスタが正圧設計の場合、想定する使用済燃料の破損割合を米国指針に基づいた場合と輸送容器の基準に基づいた場合で、環境への放射性物質の許容漏えい量を低下圧力で評価したところ、それぞれ、6 ヶ月以内に、5ｋPa(0.05 気圧)および60ｋPa(0.6 気圧)の圧力降下を検知できれば、健全な運用を継続できるとの見解を得た。また、負圧設計の場合は、内圧が大気圧に達するまでに、検知すればよいと考えられる。この場合、外部への漏えいはない。
2. 負圧からの漏えい試験
1/4.5 縮尺キャスク模型(図1)を用いて、初期にヘリウムが入った状態で試験を行ったところ、負圧の程度が高い程、発熱体温度(THIM)、キャニスタ底部温度(TB)と蓋部温度(TT)が上昇し、側面中央付近温度(TCSDM)が低下することが分かった(図2、図3、図4)。また、初期の発熱体温度は、負圧の程度にほとんど依存しないことが分かった(図5)。
3. 学習型漏えい検知手法の構築(図6)
キャニスタ表面温度変化を利用した漏えい検知手法では、使用済燃料の発熱量変化に伴う温度変化および外気温の外乱の影響を除外する必要がある。本研究では、外気温の外乱と発熱量変化による温度変化とを同時に除去できる検知手法を構築し、試験データを用いて検証した。
今後の展開
コンクリートキャスクの屋外設置を想定し、気温変動が激しい屋外において、小型キャスク模型を用いて、発熱量を変化させた際のキャニスタ表面温度データを取得することにより、外乱を除去できる温度検知手法の更なる精度向上を図る。

概要 （英文）

In the case of the positive pressure design, if a pressure drop of 5 kPa and 60 kPa as the allowable leak amount can be detected within 6 months based on American National Standard and the transportation requirement, it is determined that normal operation can be continued. Also, in the case of the negative pressure design, we should detect leakage into the canister until the internal pressure becomes atmospheric pressure. We performed leak tests under the condition that helium was included in a negatively pressurized canister. The temperature of the heating elements increased because air with low thermal conductivity flew inside the canister. Thus, the temperature of the bottom also increased. The temperature of the lid part increased because helium with high thermal conductivity and low density stayed in the upper part of the canister and the heat of the heating elements spread through the lid. On the other hand, the temperature of the side of the canister body decreased. It was clarified that the higher negative pressure degree is, the larger a temperature change is, on the other hand, the initial temperature of the heating elements do not depend on the negative pressure degree. Therefore, it was proved that the high-sensitive leak detection is possible without allowing gas to leak outside, and the usability of the negatively pressurized canister was verified. In the leak detection method using the temperature change on the canister, both of disturbances by an atmospheric temperature change and by a heat rate change of the heating elements could be removed, so that only the temperature change of the canister surface by the pressure drop could be detected with high accuracy. Also, the method used a self-learning technique, so that its prediction accuracy could be self-improved by using existing data. We verified the effectivity of this technique by using test data.

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