原子炉の安全を守る！プラッギング計の役割

原子炉の安全を守る！プラッギング計の役割

プラッギング計とは？

– プラッギング計とは？プラッギング計は、高速増殖炉のような原子炉で使用される液体金属の純度を測定する装置です。原子炉では、核分裂反応によって生じる莫大な熱を取り除くために冷却材が循環しています。特に高速増殖炉では、熱伝導率と中性子吸収特性に優れた液体金属ナトリウムが冷却材として広く利用されています。しかし、このナトリウムには、微量ながらも不純物が含まれています。これらの不純物は、原子炉の運転に伴って増加し、配管や機器の腐食を引き起こしたり、熱伝達効率を低下させたりする可能性があります。そのため、ナトリウム中の不純物の量を正確に把握することは、原子炉を安全かつ安定的に運転するために非常に重要です。プラッギング計は、この重要な役割を担う装置の一つです。この装置は、ナトリウムを冷却しながら細いオリフィスを通過させることで、不純物の量を測定します。ナトリウム中の不純物は、温度が低下するとオリフィス部分で結晶化し始め、オリフィスを閉塞させます。この時の温度を測定することで、不純物の濃度を推定することができます。プラッギング計は、その測定原理から、ナトリウム中の不純物の濃度を連続的に監視することができ、異常を早期に検知することが可能です。高速増殖炉のような高度な技術を用いた原子炉において、プラッギング計は、安全運転を支える重要な技術の一つと言えるでしょう。

不純物濃度の変化を利用した測定

– 不純物濃度の変化を利用した測定液体金属中における不純物の挙動は、温度変化に大きく影響を受けます。具体的には、温度上昇に伴い不純物の溶解度は増加します。逆に、温度が低下すると、液体金属中に溶けきれなくなった不純物が析出するという現象が見られます。このような不純物の特性を利用した測定方法の一つに、プラッギング計を用いた手法があります。プラッギング計は、液体金属を流す配管の途中に設置されます。この配管には、オリフィス板と呼ばれる小さな穴が開いた板が取り付けられています。測定時には、オリフィス板の手前で液体金属を冷却し、オリフィス板を境に温度差が生じるようにします。冷却によってオリフィス板付近では不純物の析出が起こり、オリフィス板の穴を塞ぐように付着していきます。この付着物は、液体金属の流れを阻害するため、流量が減少します。そして、温度変化と流量変化の関係を分析することによって、液体金属中に含まれる不純物濃度を割り出すことができます。プラッギング計は、リアルタイムで不純物濃度を監視できるという利点があり、原子力発電所をはじめとする様々な産業分野で、液体金属の純度管理に役立てられています。

オリフィス部の役割

– オリフィス部の役割
原子力発電所では、核燃料から発生する熱を効率的に取り出すために、液体金属を冷却材として利用しています。高温の液体金属は配管内を循環しながら熱を運びますが、この過程で不純物が混入することがあります。これらの不純物は、配管内壁に付着して熱の伝達効率を低下させたり、配管の腐食を引き起こしたりするため、適切に管理する必要があります。

オリフィス部は、この液体金属中の不純物量を監視するために重要な役割を担っています。オリフィス板と呼ばれる薄い板には小さな穴が開いており、液体金属の流れを一時的に絞り込むことで、不純物量を測定するための変化を作り出します。

高温の液体金属がこのオリフィス部の穴を通過する際、温度が一時的に低下します。すると、それまで液体金属に溶け込んでいた不純物が析出し始め、オリフィスの穴周辺に付着します。この不純物の付着により、オリフィス部の穴は徐々に狭まり、液体金属の流れが阻害されます。

液体金属の流量は、このオリフィス部前後の圧力差を測定することで確認できます。不純物が析出すると流量が変化するため、圧力差の変化を監視することで不純物の量を推定することが可能となります。定期的にこの圧力差の変化を確認することで、液体金属の純度を保ち、原子炉の安全運転を維持することができます。

流量と不純物濃度の関係

– 流量と不純物濃度の関係

プラッギング計は、液体金属中の不純物濃度を測定する装置です。測定の際、オリフィスと呼ばれる小さな穴を持つ部分を液体金属に浸し、この穴を塞ぐように析出する不純物の量から濃度を算出します。

しかし、液体金属の種類や温度、特に含まれる不純物の種類や量によって、流量変化の仕方が異なるという点に注意が必要です。例えば、同じ流量でも、不純物が多いほどオリフィスに析出する量も多くなり、流量がより大きく変化する可能性があります。

そのため、プラッギング計を使用する前に、あらかじめオリフィス部の流量と不純物濃度の関係を把握しておくことが重要になります。具体的には、様々な濃度の不純物を含む液体金属を用いて、流量の変化を測定する実験を行います。そして、その結果をもとに、流量と不純物濃度の関係を示すグラフや表を作成します。

このように予め関係を把握しておくことで、実際の測定時に、オリフィス部の温度と流量のデータから、迅速かつ正確に不純物濃度を求めることが可能になります。

原子炉の安全運転への貢献

原子炉の安全な運転には、炉内を循環する液体金属の純度管理が不可欠です。この重要な役割を担うのがプラッギング計と呼ばれる装置です。
プラッギング計は、液体金属中に含まれる微量な不純物の量を、高い精度で測定することができます。不純物の増加は、原子炉の冷却効率を低下させたり、配管の腐食を促進したりするなど、深刻な問題を引き起こす可能性があります。
プラッギング計は、こうした問題を未然に防ぐ「早期発見」の役割を担っています。具体的には、測定データに基づいて、冷却材の精製や配管のメンテナンスなどの対策を適切なタイミングで実施することができます。
このように、プラッギング計は、原子炉の安定稼働と高レベルな安全性の確保に大きく貢献していると言えるでしょう。長期間にわたって安定したエネルギー供給を行う原子力発電にとって、プラッギング計は欠かせない存在です。