(57)【要約】【課題】実機である炉内機器および構造物と同じ環境に曝された試験片を用いて環境助長割れ発生試験を行い、実機状態をよりよく模擬した環境助長割れの評価を行う。【解決手段】試験片およびこれを収容する試験治具の準備・製作を行う準備・製作工程と、前記試験片に試験用荷重を負荷する荷重負荷工程と、荷重が負荷された前記試験片を前記試験治具に収容して原子炉内の試験対象機器近傍に設置する試験片設置工程と、前記試験片を炉内環境のもとで曝露させる曝露工程と、曝露後に前記試験片を炉外に取出して環境助長割れ感受性を評価する評価工程とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉の炉内機器または構造物の材料を模擬した試験片を用いて環境助長割れの発生感受性を診断する炉内機器等の環境助長割れ発生評価方法であって、前記試験片およびこれを収容する試験治具の準備・製作を行う準備・製作工程と、前記試験片に試験用荷重を負荷する荷重負荷工程と、荷重が負荷された前記試験片を前記試験治具に収容して原子炉内の試験対象機器近傍に設置する試験片設置工程と、前記試験片を炉内環境のもとで曝露させる曝露工程と、曝露後に前記試験片を炉外に取出して環境助長割れ感受性を評価する評価工程とを備えることを特徴とする炉内機器等の環境助長割れ発生評価方法。
【請求項２】
前記荷重負荷工程において、Ｕ−ベンド試験方法、ベンドビーム試験方法またはＣＢＢ試験方法の少なくともいずれか一の試験用荷重を負荷する請求項１記載の炉内機器等の環境助長割れ発生評価方法。
【請求項３】
前記荷重負荷工程において、多軸応力を負荷することが可能なＳＣＣ発生試験方法を用いる請求項１記載の炉内機器等の環境助長割れ発生評価方法。
【請求項４】
前記試験片設置工程において、前記試験片および前記試験治具を一個または複数個挿入可能な容器に挿入し、前記容器を前記原子炉内の評価対象となる機器の近傍に溶接またはボルト止めにより固定設置する請求項１記載の炉内機器等の環境助長割れ発生評価方法。
【請求項５】
前記試験片設置工程において、前記試験片および前記試験治具を一個または複数個挿入可能な容器に挿入し、前記容器を前記原子炉内の評価対象となる機器の近傍に溶接またはボルト止めにより固定設置して前記評価工程を行った後、さらに一度取り外した前記試験片および前記容器を再度設置する請求項１記載の炉内機器等の環境助長割れ発生評価方法。
【請求項６】
前記試験片設置工程において、前記試験片を原子炉内に複数個設置しておき、前記評価工程において前記試験片の一部を用いて割れ発生の評価を行い、その後さらに残りの試験片の一部を用いて割れ発生の評価を行い、以上の評価を繰り返すことにより、実機環境下での環境助長割れ発生時期を評価する請求項１記載の炉内機器等の環境助長割れ発生評価方法。
【請求項７】
前記試験片設置工程において、前記試験片を原子炉内に複数個設置しておき、前記評価工程において前記試験片の一部または全てを用いて割れ発生の評価を行い、割れの発生が認められない試験片を再度炉内に戻して設置し、その後さらに残りの試験片の一部あるいは全てを用いて割れ発生の評価を行い、以上の評価を繰り返すことにより、実機環境下での環境助長割れ発生時期を評価する請求項１記載の炉内機器等の環境助長割れ発生評価方法。
【請求項８】
前記暴露工程において、炉内環境で曝露されている前記試験片に対し、任意の期間中連続して割れ発生を監視する請求項１記載の炉内機器等の環境助長割れ発生評価方法。
【請求項９】
前記試験片設置工程における、前記試験片および前記試験治具の炉内への設置時期を、原子力発電プラント建設時または炉内機器もしくは炉内構造物交換時とする請求項１記載の炉内機器等の環境助長割れ発生評価方法。
【請求項１０】
前記試験片設置工程における、前記試験片および前記試験治具の炉内への設置時期を、原子力発電プラントの定期検査実施時とする請求項１記載の炉内機器等の環境助長割れ発生評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は原子炉の炉内機器または構造物（以下、「炉内機器等」という。）の状態を模擬した試験片を用いて環境助長割れの発生評価を行う、炉内機器等の環境助長割れ発生評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、原子炉水中におけるステンレス鋼等の溶接部の応力腐食割れや、塩水中における鋼材等の割れ、または水素を含む環境中での水素割れなど、様々な損傷事例が報告されている。このような損傷は、周辺雰囲気の影響によって材料の強度が不活性環境中よりも低下して損傷を生じる事象であり、「環境助長割れ」と称されている。
【０００３】
環境助長割れは、材料と環境の組み合わせによって起こりやすさに差異があることが知られており、上述のように原子炉水中におけるステンレス鋼溶接部の応力腐食割れや、塩水中の鋼材の割れ、水素を含む環境中での水素割れなどとなって発生する。
【０００４】
このような環境助長割れについては、その損傷発生を未然に防ぐため、発生可能性を診断する試験方法の開発が種々行われてきた。
【０００５】
原子炉水中における応力腐食割れを例とした場合には、Ｕ−ベンド法、ＳＳＲＴ（低ひずみ速度引張）試験、ＣＢＢ試験、単軸定荷重試験（ＵＣＬ）などがその発生しやすさを診断する試験方法として用いられてきた（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−３３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来の試験方法において、材料と環境との組み合わせによっては、実際の構造物で用いられている状態を十分に再現することができず、試験では合格と判定された材料が、実際の使用環境においては損傷を発生してしまう場合があった。すなわち、試験と実機適用時の挙動との間に差異があり、この差異により設計段階における材料の選定、仕様等を決定する場合に問題が生じることがあった。
【０００７】
具体的には、ラボ試験において、実機の応力負荷状態が再現されていない課題を解決するために、試験片上に任意の強さの多軸応力分布を付与することができる環境助長割れの試験方法が提案されている。この方法では、応力条件において、これまでに行われてきているＳＣＣなどの割れ発生試験と比べて、より実機を模擬した試験方法となっており、また環境条件については実機炉水を模擬した水質管理を行うことは可能であるが、ラボ試験であるため中性子照射などの実機炉内環境を再現することは困難である。
【０００８】
一方、中性子照射を受けた部材の損傷を診断するために、実機の評価対象機器から部材の機能に影響しない大きさの試料を採取することにより評価を行う診断方法および装置が上記特許文献１に記載されているように、既に提案されている。しかし、この方法では採取可能な試料の大きさに制限があるため、例えばＳＣＣ発生試験などの試験に資する試験片を作製可能な試料を採取することは困難であり、評価の実施が可能な試験方法が限られている。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、実機である炉内機器または構造物と同じ環境に曝された試験片を用いて環境助長割れ発生試験を行うことにより、ラボ試験よりも実機状態をよりよく模擬した環境助長割れの評価を行うことが可能な方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するため、本発明では、原子炉の炉内機器または構造物の材料を模擬した試験片を用いて環境助長割れの発生感受性を診断する炉内機器等の環境助長割れ発生評価方法であって、前記試験片およびこれを収容する試験治具の準備・製作を行う準備・製作工程と、前記試験片に試験用荷重を負荷する荷重負荷工程と、荷重が負荷された前記試験片を前記試験治具に収容して原子炉内の試験対象機器近傍に設置する試験片設置工程と、前記試験片を炉内環境のもとで曝露させる曝露工程と、曝露後に前記試験片を炉外に取出して環境助長割れ感受性を評価する評価工程とを備えることを特徴とする炉内機器等の環境助長割れ発生評価方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、実機である炉内機器または構造物と同じ環境に曝された試験片を用いて環境助長割れ発生試験を行うことにより、ラボ試験よりも実機状態をよりよく模擬した環境助長割れの評価を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る炉内機器等の環境助長割れ発生評価方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１３】
［第１実施形態（図１〜図４）］
図１は本発明の第１実施形態による環境助長割れ評価方法の手順を示すフローチャートである。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態の環境助長割れ評価方法では、第１のステップとして試験片および試験治具を準備および製作する試験治具準備・製作工程（Ｓ１０１）を備える。このステップにおいては、評価対象となる実機炉内機器または構造物と同一の材料を用いた試験片と、この試験片を保持する試験治具とを製作する。
【００１５】
次に、第２のステップとして、試験片に所定の荷重を負荷する荷重負荷工程（Ｓ１０２）を備える。この荷重負荷工程では、原子炉内の例えば炉心シュラウドを模擬した試験片を作成する。次に、第３のステップとして、試験片および試験治具を炉内の対象機器近傍に設置する試験治具設置工程（Ｓ１０３）を備える。治具は後述するように、例えば円板状の試験片とする。この試験片に、原子炉内の運転時を模擬した荷重を負荷する。さらに、第４のステップとして任意の期間炉内環境に曝露させる曝露工程（Ｓ１０４）を備え、また、第５のステップとして、試験片を用いて環境助長割れ感受性を評価する感受性評価工程（Ｓ１０５）を備える。
【００１６】
このような本実施形態において、試験片に所定の荷重を負荷するための試験治具および試験方法としては、これまでにラボ試験でも実施実績のある、Ｕ−ベンド法、ベンドビーム試験方法、ＣＢＢ試験などを用いる他、多軸応力を負荷することが可能なＳＣＣ発生試験方法を用いる。
【００１７】
図２は、本実施形態の方法を実施するための試験治具として、多軸応力を負荷することが可能な試験治具の構成を示す斜視図であり、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図（縦断面図）である。
【００１８】
図２および図３に示すように、試験治具１は例えば一端が開口する有底円筒状の本体部１ａと、この本体部１ａに挿入される円柱状の荷重負荷用部材１ｂとを有する。本体部１ａの内部には円板状の試験片２が挿入してある。試験片２は複数のボール３によって周縁付近支持され、荷重支持用のピストン１ｂによって中央部を押圧支持される。試験治具１の底部４には貫通孔５が穿設してある。
【００１９】
そして、所定の応力が負荷された試験片２および試験治具１を炉内の対象機器近傍に設置する工程において、例えば評価対象機器が炉心シュラウドである場合には炉心シュラウド壁面へ設置する。
【００２０】
図４は、図３に示した試験片の設置例を示す原子炉内の縦断面図である。試験片および試験治具１が一個あるいは複数個挿入可能な容器７を使用する。この容器７を、原子炉圧力容器６ａ内の炉心シュラウド６ｂの壁面の評価対象部位近傍に例えば溶接あるいはボルト止め等により固定する。
【００２１】
試験片および試験治具を挿入する容器７は、炉内機器および構造物に使用される材料であるステンレス鋼あるいはニッケル基合金等で製作することが望ましい。また、容器７にはその周壁部分に厚さ方向の貫通孔（図示省略）を複数穿設することにより、炉水の通水を可能とし、容器内部が炉内と同一の水質環境となる構造とする。
【００２２】
任意の期間炉内環境に曝露させる曝露工程（Ｓ４）において、炉内に設置した試験片は実機の炉内機器および構造物と同一環境で中性子照射を受ける。任意の期間経過後に試験片および試験治具を容器ごと取り出し、得られた試験片を用いて環境助長割れの感受性を評価する。
【００２３】
本実施の形態によれば、評価対象とする炉内機器および構造物と同一な環境下に曝された状態で、所定の荷重が負荷された試験片を用いた環境助長割れの発生評価を行うことが可能となる。
【００２４】
［第２実施形態（図５）］
図５は本発明の第２実施形態による環境助長割れ評価方法の手順を示すフローチャートである。
【００２５】
図５に示すように、この第２実施形態による環境助長割れ評価方法では、第１実施形態と同様に、第１のステップとして試験片および試験治具を準備および製作する試験治具準備・製作工程（Ｓ２０１）を備える。このステップにおいては、試験片として、評価対象となる実機炉内機器または構造物と同一の材料を用いる。
【００２６】
次に、第２のステップとして、試験片に所定の荷重を負荷する荷重負荷工程（Ｓ２０２）を備え、第３のステップとして、試験片および試験治具を炉内の対象機器近傍に設置する試験治具設置工程（Ｓ２０３）を備える。さらに、第４のステップとして任意の期間炉内環境に曝露させる曝露工程（Ｓ２０４）を備える。
【００２７】
そして、本実施形態では、第５のステップとして、実機と同一環境に曝された試験片を用いた環境助長割れの感受性を評価する工程（Ｓ２０５）を備える。この工程において、試験片を挿入し炉内に設置する容器を一個あるいは複数個設置しておき、任意の期間後にその一部を取り出して、得られた試験片を用いて環境助長割れの感受性を評価する（Ｓ２０５）。
【００２８】
その後、さらに任意の期間後に炉内に設置したままとなっている容器に挿入されている他の試験片一部を用いて環境助長割れの感受性の評価を行い（Ｓ２０６）、以上の評価を任意の期間繰り返して任意の期間ごとの環境助長割れの感受性の変化を評価する。
【００２９】
本実施の形態によれば、評価対象とする炉内機器および構造物と同一な環境下に曝された状態で、所定の荷重が負荷された試験片を用いた環境助長割れの発生時期の評価を行うことが可能となる。
【００３０】
［第３実施形態（図６）］
図６は本発明の第３実施形態による環境助長割れ評価方法の手順を示すフローチャートである。
【００３１】
図６に示すように、この第３実施形態による環境助長割れ評価方法では第１実施形態と同様に、第１のステップとして試験片および試験治具を準備および製作する試験治具準備・製作工程（Ｓ３０１）を備える。このステップにおいては、試験片として、評価対象となる実機炉内機器または構造物と同一の材料を用いる。
【００３２】
次に、第２のステップとして、試験片に所定の荷重を負荷する荷重負荷工程（Ｓ３０２）を備え、第３のステップとして、試験片および試験治具を炉内の対象機器近傍に設置する試験治具設置工程（Ｓ３０３）を備える。さらに、第４のステップとして任意の期間炉内環境に曝露させる曝露工程（Ｓ３０４）を備える。
【００３３】
そして、本実施形態では、第５のステップである、実機と同一環境に曝された試験片を用いた環境助長割れの感受性を評価する工程（Ｓ３０５）において、前記試験片を挿入し炉内に設置する容器を一個あるいは複数個設置しておき、任意の期間後にその一部あるいは全てを取出して、得られた試験片を用いて環境助長割れの感受性を評価する。
【００３４】
そして、割れの発生が認められない試験片に関しては、再度容器に挿入し、炉内に再度設置して、その後さらに任意の期間後にその一部あるいは全てを用いて環境助長割れの感受性の評価を行い、以上の評価を任意の期間繰り返して任意の期間ごとの環境助長割れの感受性の変化を評価する（Ｓ３０６）。
【００３５】
本実施形態の実施にあたっては、前記容器の構造を、任意の炉内機器および構造物に設置し、環境助長割れの評価のために取り外した後、再度設置することが可能である構造とする。
【００３６】
本実施の形態によれば、評価対象とする炉内機器および構造物と同一な環境下に曝された状態で、所定の荷重が負荷された試験片を用いた環境助長割れの発生時期の評価を行うことが可能となる。
【００３７】
［第４実施形態（図７）］
図７は本発明の第５実施形態による環境助長割れ評価方法の手順を示すフローチャートである。
【００３８】
図６に示すように、この第４実施形態による環境助長割れ評価方法では第１実施形態と同様に、第１のステップとして試験片および試験治具を準備および製作する試験治具準備・製作工程（Ｓ４０１）を備える。このステップにおいては、試験片として、評価対象となる実機炉内機器または構造物と同一の材料を用いる。
【００３９】
次に、第２のステップとして、試験片に所定の荷重を負荷する荷重負荷工程（Ｓ４０２）を備え、第３のステップとして、試験片および試験治具を炉内の対象機器近傍に設置する試験治具設置工程（Ｓ４０３）を備える。さらに、第４のステップとして任意の期間炉内環境に曝露させる曝露工程（Ｓ４０４）を備える。
【００４０】
そして、本実施形態では、第５のステップとして、実機と同一環境に曝された試験片を用いた環境助長割れの感受性を評価する前記各実施形態の工程に代えて、前記容器に挿入され、炉内に一個あるいは複数個設置した状態の試験片に対し、電位差法等を用いて任意の期間中連続して割れ発生を監視し、環境助長割れの発生時期をモニタリングする（Ｓ４０５）。
【００４１】
すなわち、本実施形態においては、前記容器に挿入され炉内に設置された試験片に、電流を付与するためおよび電位差を検出するためのリード線を取り付け、リード線を炉外まで取り回して信号を計測することにより、割れの発生をモニタリングする。
【００４２】
本実施の形態によれば、評価対象とする炉内機器および構造物と同一な環境下に曝された状態で、所定の荷重が負荷された試験片を用いた環境助長割れの発生を検出することが可能となる。
【００４３】
［第５実施形態］
次に、本発明に係る実施形態５として、実施形態１乃至４で説明した環境助長割れ評価方法において、試験片および試験治具を挿入した容器を、評価対象とする炉内機器および構造物の近傍に設置する工程の実施時期として、原子力発電プラントの建設時あるいは炉内機器および構造物の取替え時とし、予め所定の荷重が負荷される試験片の入った容器を、評価対象とする炉内機器および構造物が原子炉炉内に設置する前の工場等での製作の段階において、設置することが可能となる。
【００４４】
本実施の形態によれば、所定の荷重が負荷された試験片を予め準備しておくことが可能となり、試験片の設置工事が原子力発電プラントの建設あるいは炉内機器および構造物の取替えの工程に及ぼす影響を最小限に抑えることが可能となる。
【００４５】
［第６実施形態］
本発明に係る実施形態６として、実施形態１乃至４で説明した環境助長割れ評価方法において、試験片および試験治具を挿入した容器を、評価対象とする炉内機器および構造物の近傍に設置する工程の実施時期を、定期検査時とする。
【００４６】
本実施の形態によれば、評価対象とする炉内機器および構造物と同一な環境下に曝された状態で、所定の荷重が負荷された試験片を、任意の時期に設置することが可能となり、さらに一度評価のために取り出した試験片の再設置が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る環境助長割れ評価方法の第１実施形態を示すフローチャート。
【図２】第１実施形態で適用する多軸応力を負荷する試験治具を示す斜視図。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図（縦断面図）。
【図４】第１実施形態で適用する炉内設置用容器を示す炉内拡大断面図。
【図５】本発明に係る環境助長割れ評価方法の第２実施形態を示すフローチャート。
【図６】本発明に係る環境助長割れ評価方法の第３実施形態を示すフローチャート。
【図７】本発明に係る環境助長割れ評価方法の第４実施形態を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００４８】
１  負荷装置
２  試験片
３  支持点
４  支持装置
５  原子炉圧力容器
６  炉心シュラウド
７  容器
８  固定箇所
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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