炉心冷却材流路内燃料棒まわりの大規模二相流シミュレーション

高瀬 和之; 吉田 啓之; 小瀬 裕男*

第23回日本シミュレーション学会大会発表論文集, p.121 - 124, 2004/06

革新的水冷却炉の稠密燃料集合体内二相流挙動を大規模計算によって予測する研究を行っている。今回の解析では、燃料集合体入口の流速,ボイド率等を種々に変えて行い、複数燃料棒まわりの液膜流挙動に関して、次のような定量評価が得られた。燃料棒の外周は薄厚の液膜で覆われ、その外側を蒸気が流れる。燃料棒間隔が狭い場所では、隣り合う燃料棒が液膜によって接続される架橋現象が見られる。また、蒸気は燃料棒三角ピッチ配列の中心部をストリーク状に鉛直方向に流れる。この領域は狭隘部に比べて摩擦抵抗が低いため、蒸気は流れ易いからである。さらに、一連の解析結果は、実験結果の傾向とよく一致することがわかった。

稠密燃料集合体内二相流挙動に関する大規模シミュレーション

小瀬 裕男*; 高瀬 和之; 吉田 啓之; 叶野 琢磨; 呉田 昌俊; 秋本 肇

第41回日本伝熱シンポジウム講演論文集, 2 Pages, 2004/05

原研が開発を進めている低減速軽水炉を対象として、稠密燃料集合体内の二相流挙動を直接解析によって予測する研究を、地球シミュレータによる大規模シミュレーションによって行っている。本研究では、熱の影響がない非加熱等温流条件に対して、低減速軽水炉の炉心条件をもとに燃料集合体入口の流速やボイド率を変えて一連の解析を実施し、次の傾向の予測に成功した。(1)燃料棒表面が薄厚の液膜で覆われる,(2)燃料棒間隔が狭い領域で液膜の架橋現象が起こる,(3)蒸気は燃料棒間隔が広い三角ピッチ中心部をストリーク状に流れる。

JFT-2M本体付属設備の制御システム

岡野 文範; 鈴木 貞明

JAERI-Tech 2003-059, 57 Pages, 2003/06

JAERI-Tech-2003-059.pdf:11.92MB

JFT-2M本体付属設備は、JFT-2M本体装置を運転・維持管理するうえで必要とする周辺設備であり、真空排気設備,ガス導入設備,本体リークテスト設備,冷却設備,Heグロー放電洗浄・ボロナイゼーション設備及びベーキング設備からなる。ベーキング設備を除いた本体付属設備の制御システムは、平成12年度から14年度にかけて改造を行った。本体付属設備の従来の制御システムは旧式のため種々の機器の能力不足が著しく、JFT-2Mの多様な実験モードに対応できなくなってきた。そのため、制御システムはパーソナルコンピュータ(PC)を用いた統括制御により、設備内各機器からの大量な情報の収集機能や操作性の大幅な向上を図り、トラブルの早期発見・早期対策が可能なシステムに改造した。本報告書は、改造を行った本体付属設備の概要を含めて制御システムの機能を詳細に記載した。特にHeグロー放電洗浄・ボロナイゼーション設備については、制御機能に関する複雑でシーケンシャルな動きも詳細に記載し、運転マニュアルとしても用いることができる内容とした。

Japanese contribution to the design of primary module of shielding blanket in ITER-FEAT

黒田 敏公*; 秦野 歳久; 三木 信晴*; 廣木 成治; 榎枝 幹男; 大森 順次*; 佐藤 真一*; 秋場 真人

JAERI-Tech 2002-098, 136 Pages, 2003/02

JAERI-Tech-2002-098.pdf:24.33MB

ITER-FEATの遮蔽ブランケット設計における日本での検討事項をまとめた。第一壁/遮蔽ブロックの熱・応力解析及び遮蔽ブロックの熱・流力解析を行い、遮蔽ブロックの一部に熱応力が過大となる箇所があること、また遮蔽ブロック内の流路で閉塞的な状態となっている箇所があることを指摘するとともに改善を提案した。つぎに、ソリッド要素を用いた3次元電磁力解析を行って、ディスラプション時にブランケットモジュールに生じる電磁力を求めるとともに、第一壁と遮蔽ブロック、また遮蔽ブロックと真空容器の接続構造の強度検討を行った。最後に、ブランケットへの主給排水管が真空容器内部に埋設された場合の水-水リーク検出システムについて検討した。

核融合装置の水リーク探知技術開発用模擬リーク試験体の試作

廣木 成治; 丹澤 貞光; 新井 貴; 阿部 哲也; 清水 克祐*; 仲谷 潤之介*; 栗林 志頭真*

真空, 44(3), P. 329, 2001/03

https://doi.org/10.3131/jvsj.44.326

核融合装置の真空容器内水冷機器(ブランケットやダイバータ等)や、二重壁構造の水冷式真空容器内にもし、水の漏洩(リーク)が生じた場合の新しい水リーク探知手法として、われわれはプローブガスを冷却水に溶解させ、水を流したまま水リーク探知ができる新しい方法を検討している。今回、その方法の原理実証試験を行うための模擬リーク試験体を試作した。同試験体では、プローブガスにクリプトンを使用する。模擬リークとしては、ニードル弁タイプのリーク弁を水循環系の3箇所に取付け、氷結しないようにヒーターで加熱する。このリーク弁を真空容器につなぎ、真空容器内に流入するクリプトンを四極子質量分析計で検出する。そして、クリプトンを溶解させてからそれを検出するまでの時間差を解析して、大まかなリーク箇所を特定できると考えている。

Experimental verification of laser photocathode RF gun as an injector for a laser plasma accelerator

上坂 充*; 木下 健一*; 渡部 貴宏*; 菅原 淳*; 上田 徹*; 吉井 康司*; 小林 鉄也*; Halz, N.*; 中島 一久; 酒井 文雄*; et al.

IEEE Transactions on Plasma Science, 28(4), p.1133 - 1142, 2000/08

https://doi.org/10.1109/27.893293

レーザープラズマ加速の入射器として、フォトカソード高周波電子銃の研究を行った。16MeVの電子ビームエネルギー、6mm.mradのエミッタンス、240フェムト秒のパルス幅、1バンチあたり350ピコクーロンの電荷を得ることができた。フェムト秒の電子パルス波形計測手法としては、フェムト秒ストリークカメラ、コヒーレント遷移放射干渉法、マイケルソン干渉計、遠赤外線ポリクロメーターを使用した。それにより、200フェムト秒以上のパルス幅においてはストリークカメラが最も信頼性が高く、短いパルス幅においてはポリクロメーターが一番よかった。フォトカソード高周波電子銃用のYLFレーザーと電子ビームとの同期においては、3.5ピコ秒を成し遂げた。これらに基づき、より同期のよい、カーレンズモードロックのTi:Sapphireレーザーを導入した。これにより、タイミングジッターは320フェムト秒まで下がった。

粒子法の化学反応を伴う流動様式への適用性評価解析

白川 典幸*; 堀江 英樹*; 山本 雄一*; 松宮 壽人*

JNC TJ9440 2000-008, 47 Pages, 2000/03

JNC-TJ9440-2000-008.pdf:1.96MB

伝熱流動数値実験によって、化学反応を伴う伝熱流動が高速炉を構成する機器に及ぼす影響を評価するには、反応の発生箇所近傍だけでなく機器全体を解析対象とする必要がある。そのため、計算負荷の観点から微視的な解析手法を直接用いることができない。このため、使用する熱流動解析コードには、化学反応によって生じる多相・多成分の反応性流体の挙動をモデル化し、相関式として組み込まなければならない。反応性流体の化学反応の量は反応する相間の境界面積に依存し、この面積は界面の形状によって大きく変化する。しかし、ナトリウム-水反応のように化学反応を伴う系については、これに関する実験的知見もないのが現状である。そこで本件では、微視的解析手法である粒子法を用いて、多相・多成分・反応性流体の挙動を機構論的に解析し、流動様式や境界面積に関する知見を得ることを最終的な目的とする。本年度は、粒子法を用いて水・ナトリウム反応を扱うための第一段階として、液体ジェットが他の液体プールに噴出する際の流体力学的挙動への粒子法の適用性を検討することを目的とした。このため、文献調査によりジェット流動様式のメカニズムを検討するとともに、ここでの目的に合致する、「ガソリンプールに水を噴出させる実験」を選び、解析した。また、蒸気発生器内部の伝熱管水リーク事故では管群内のジェット流を解析する。このような複雑体系への本手法の適用性を検討するため、蒸気発生器安全性総合試験(SWAT/Run19試験)を例として化学反応を含まない流体力学のみの予備解析を実施した。その結果、伝熱管群を含む複雑体系においても、高速ジェット流とプール流体との相互作用を考慮した流動挙動への適用性が確認できた。さらに、今後扱うべき現象のモデリングについて検討し、相変化と化学反応経路を選定し定式化を行った。水の相変化は伝熱律速モデルに基づき、化学反応は水・水素転換率をパラメタとした一括反応モデルに基づいている。また、コード構成についても概念設計を行った。

Status of the superconducting heavy-ion tandem-booster linac at JAERI

竹内 末広; 松田 誠

Proc. of 19th Int. Linac Conf. (LINAC98), 1, p.67 - 69, 1998/00

原研東海のタンデム加速器のブースターとしての超伝導リニアックは、1994年に完成して以来4年間稼働を続けてきた。利用においてNi,Ge,Se,Zr,I,Auなどの重イオンを再加速し、重イオン核物理、固体物理の実験に供してきた。超伝導リニアックの性能は高いとはいえ、水素吸蔵による超伝導空洞のQ値の低下の問題があり、対策として対象となる空洞(~16空洞)を2~3分割して急速に冷却することによってQ値の低下を低減することに成功している。これによって当初の設計性能の5MV/m(加速電界)を達成した。また、水素脱ガスによるQ値改善の試みの結果と今後の計画を述べた。トラブルとしては最近冷え込んだ空洞に空気が大量にリークすることが発生した。このリークは破壊的なものではなく無事に空洞性能は回復した。結果的に使用しているニオブ製1/4波長型超伝導空洞は空気汚染に対しても強く優れていることがわかった。

原研タンデム超伝導ブースターの現状

竹内 末広; 松田 誠; 石崎 暢洋; 田山 豪一; 大内 勲; 吉田 忠

Proceedings of 23rd Linear Accelerator Meeting in Japan, p.121 - 123, 1998/00

原研タンデム加速器の超伝導ブースターは1994年の完成以来4年間、クライオスタットを開けるような故障はなく、順調に稼働を続けている。利用については、Ni,Se,Ge,Zr,I,Auなどのイオンが加速され核物理、固体物理の研究に利用されている。ブースターの加速部は40台のニオブ製1/4波長型超伝導空洞からなる。一部の空洞はニオブの中に水素を吸蔵しており冷凍機による遅い冷却では水素化の析出により空洞性能が低下している。冷却速度を上げるため、空洞を2ないしは3グループに分け分割冷却を実施し、オフラインの急速冷却の性能を比べて65%から80%の性能に回復することに成功し、設計性能である5MV/mの加速電界を越える、5.4MV/mの加速限界(平均)で運転可能になった。最近リークトラブルが発生したが、空洞性能に異常はなかったことについて発表する。

JT-60トロイダル磁場コイル冷却管内部観察用ファイバースコープの開発

新井 貴; 小池 常之; 清水 正亜

JAERI-Tech 97-003, 49 Pages, 1997/02

JAERI-Tech-97-003.pdf:2.29MB

JT-60トロイダル磁場コイルは、プラズマを安定に保持するためにトロイダル方向の強磁場を発生させるコイルであり、単位コイルを18個トーラス状に等間隔に配置している。この内の2個(TFC-9及びTFC-14)より水浸出しが発見されたため、ソープションスニファー法によりリーク位置の同定作業を行った。その結果、リーク位置は判明したもののリーク箇所の詳細については把握できていない。そのため、リークの発生については、多種多様の原因が想定され、真の原因は解明されていない。詳細に解析するためには、リーク位置の状況が観察できるようなファイバースコープ等の開発が必要であった。今回の報告では、リーク位置と冷却管内用ファイバースコープの開発および観察結果について報告する。