「軽水炉模擬燃料冷却限界実験設備」は、原子炉内の伝熱流動を模擬できる実験設備。定格運転時の炉内状況はもちろん、炉内水位が低下して燃料が露出するような過酷事故も再現でき、X線と独自の計測技術を用いて可視化することで空間的にも時間的にも精緻なデータ計測を可能としている。緊急時の対応策を高度化し、原子炉の安全性をさらに向上させる実験設備として、その研究成果には多大な期待が寄せられている。

　原子力発電の安全性を向上させるには、設計基準の範囲を超えた過酷事故（SA）が発生した場合にも炉内状況を正確に把握し、炉心の損傷を防止する対応策を講じておく必要がある。電力中央研究所に設置された「軽水炉模擬燃料冷却限界実験設備」は、原子炉圧力容器内の伝熱流動を忠実に再現できる実験設備。類似の伝熱流動実験設備は大学や重電メーカーにも幾つかあるが、実験条件を自由に設定でき、さらに炉内状況を精緻に可視化できるという点において、他とは一線を画す先進的な実験設備になっている。

　炉内の伝熱流動を模擬する伝熱流動実験ループは、沸騰水型軽水路（BWR）の定格運転条件を模擬できる高温高圧ループであり、実機と同寸の発熱長さを有する模擬燃料集合体を用いた冷却限界実験が可能である。実験内容に合わせて、圧力、温度、流水量、水位、熱出力を自在にコントロールでき、これにより様々な事故状況を再現する。試験部には医療用X線の約40倍のエネルギーを発生させる線形加速器と高エネルギー検出器を配置し、圧力容器の内部を鮮明に撮影する。炉内状況を多次元的に計測するX線CT/リアルタイムラジオグラフィ設備である。

　この計測設備には2つの計測モードが用意されている。1つ目の計測モードは胃の透視動画撮影のように平面的な透過像を高速撮影するもので、炉内の沸騰気泡や液膜が時間的に変化していく様子を詳細に観察できる。2つ目の計測モードは、X線加速器を回転させながら軸方向移動するCTスキャンによって三次元観測する方法で、こちらは炉内の状況を高い空間分解能で観察する場合に利用される。

　さらに、電力中央研究所が独自に開発したサブチャンネルボイドセンサ（SCVS）という計測技術も採用されている。この計測技術は、格子状に張り巡らせたワイヤ電極、ならびに燃料棒を模擬したロッドを電極として使用し、それぞれの電極近接部における電気信号の変化を読み取ることで、局所的なボイド率を測定するものとなる。例えば、模擬燃料棒を5×5正方格子状に配置したバンドル試験体の場合、電極近接部が132箇所あるSCVSを高さ方向に8箇所配置し、計1,056地点のボイド率を最高1/5,000秒間隔で連続計測することが可能。X線CTスキャンと組み合わせることで、空間的にも時間的にも炉内状況を精緻に観察できる仕様になっている。

　また、X線CTを用いる試験部の圧力容器にも工夫が施されている。通常、圧力容器の素材にはステンレスが用いられるが、同実験設備の圧力容器はチタン合金で製作されている。ステンレスよりも軽くて強固なチタン合金を用いることでX線の透過率を高め、可視化性能を向上させるのが狙いである。