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1
Benchmarking of economic evaluation models for an advanced loop-type sodium cooled fast reactor
向井田 恭子; 加藤 篤志; 塩谷 洋樹; 早船 浩樹; 小野 清
Nuclear Engineering and Design, 324, p.35 - 44, 2017/12
高速増殖炉サイクル実用化研究開発プロジェクトにおいては、革新的ループ型ナトリウム冷却高速炉システム(SFR)の総合評価のため、経済性解析モデル(JAEAモデル)が開発された。JAEAモデルは、マスフローを模擬することで各施設における処理量とその組成を算出することが可能で、処理量に応じた経済性を評価する機能を持つ。本報では、JAEAモデルと国際的に認められたコードとの経済性評価手法の違いを明らかにし、その計算機能を検証するため、JAEAモデルとG4-ECONSを用いてSFRの発電原価を評価した。結果、JAEAモデルは大きく割引率に影響を受けることを明らかにした。現在価値を考慮しない場合、二つの手法の結果は大よそ同様であったが、稼働率の感度はG4-ECONSの方がJAEAモデルよりも比較的に高い結果となった。
2
高速実験炉「常陽」における原子炉容器内保守・補修技術開発; 変形したMARICO-2試料部の回収装置の開発と原子炉容器内からの試料部回収作業
芦田 貴志; 中村 俊之*; 伊東 秀明
JAEA-Technology 2017-024, 198 Pages, 2017/11
高速実験炉「常陽」では、2007年5月に照射試験を終えた計測線付実験装置(MARICO-2)の試料部を原子炉容器内での切り離しに失敗した状態で回転プラグを回転し、MARICO-2の試料部を損傷・変形させ、変形した試料部との干渉により炉心上部機構を損傷させる結果となった。「常陽」の復旧に向けて損傷した炉心上部機構を交換し、MARICO-2試料部を回収することとしたが、MARICO-2試料部については、変形しているうえにハンドリングヘッドが欠損していることから、通常の取扱い手順・経路で回収することができないことが炉内観察により判明した。このため、専用の装置類を新たに設計・製作してMARICO-2試料部を回収することとした。MARICO-2試料部を回収するための装置は、試料部の変形形状に対応した把持機構、回収軌道を調整するためのパンタグラフ機構や落下防止機構を装備したガイド管、収納キャスクとなる試料部回収装置等で構成される。これらの装置の設計については、原子炉容器外での部分的な要素試験及び装置全体のモックアップ試験を実施するとともに原子炉容器内における機能確認等で妥当性の確認を実施した。MARICO-2試料部は2014年9月に回収装置等を用いて、原子炉容器内から成功裏に取り出され、照射後試験のためのホットセル施設に搬送された。これらの装置は、回収作業においてナトリウム冷却型高速炉の実際の環境条件の下で期待される種々の性能をすべて実証することができた。
3
Development of a hybrid ECT sensor for JSFR SG double-wall tubes
山口 智彦; Mihalache, O.
Journal of Nuclear Science and Technology, 54(11), p.1201 - 1214, 2017/11
 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)
A new design has been adopted for the steam generators (SG) tubes of the Japan Sodium-cooled Fast Reactor (JSFR) using double-wall tubes. This paper estimates and assesses the effectiveness of detecting defects in SG double-wall tubes of the JSFR by using combined high-frequency eddy current testing (ECT) and low-frequency remote field eddy current (RF-ECT) sensors. We confirm that the proposed hybrid ECT sensor is highly sensitive to small defects, fatigue cracks, and other defects even when located under support plates of tubes. The parameters of the hybrid ECT sensor are designed and optimized to detect small defects using accurate numerical simulations based on the finite element method (FEM), using an in-house developed code. The sensitivity and high performance of the hybrid ECT sensor was validated with experimental measurements.
4
Updating of local blockage frequency in the reactor core of SFR and PRA on consequent severe accident in Monju
西村 正弘; 深野 義隆; 栗坂 健一; 鳴戸 健一*
Journal of Nuclear Science and Technology, 54(11), p.1178 - 1189, 2017/11
 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)
FBRの燃料集合体は、稠密に配置され出力も高いことから、シビアアクシデントの起因事象の一つとして局所事故(LF)が考慮されている。この研究では最新知見を反映し、流路閉塞を起因とした局所事故のPRAを実施した。その結果、局所閉塞を起因とした局所事故による炉心損傷の伝播は、発生頻度およびコンシケンスの両面から、ATWSやPLOHSのCDFと比較して無視しうる程小さいことが定量的に示された。
5
Creep-fatigue evaluation method for weld joints of Mod.9Cr-1Mo steel, 1; Proposal of the evaluation method based on finite element analysis and uniaxial testing
安藤 勝訓; 高屋 茂
Nuclear Engineering and Design, 323, p.463 - 473, 2017/11
本研究では、有限要素法解析に基づいて改良9Cr-1Mo鋼溶接継手のクリープ疲労評価法を提案した。溶接継手における冶金的構造不連続を考慮するために母材、溶金、熱影響部の3要素からなる解析モデルにより有限要素法解析を実施した。既存のクリープ疲労試験の結果と提案した評価手法による予測破損寿命を比較した結果、提案した評価手法は破損繰返し数をファクター3で予測できることが示された。
6
Study on combination hazard curve of forest fire with lightning and strong wind
岡野 靖; 山野 秀将
Proceedings of Asian Symposium on Risk Asessment and Management 2017 (ASRAM 2017) (USB Flash Drive), 3 Pages, 2017/11
ロジックツリーを用いたハザード曲線評価手法を、森林火災と落雷、および森林火災と強風のハザード重畳に対して適用した。森林火災と落雷の重畳ハザード曲線は、強度増加に伴う頻度低下において複雑な傾向を示したが、これは両ハザードに対し天候不順が共通の要因となっているためである。森林火災と強風の重畳ハザード曲線は、強風による機器への影響が生じる風速(例: 80m/s以上)に対しては10$$^{-14}$$/年を下回る極めて小さい頻度となる。
7
Level 1 PRA for external vessel storage tank of Japan sodium-cooled fast reactor in scheduled refueling
山野 秀将; 鳴戸 健一*; 栗坂 健一; 西野 裕之; 岡野 靖
Proceedings of Asian Symposium on Risk Asessment and Management 2017 (ASRAM 2017) (USB Flash Drive), 3 Pages, 2017/11
日本におけるナトリウム冷却高速炉(JSFR)では、使用済み燃料は炉心から炉外燃料貯蔵槽(EVST)に移送される。本研究の目的はEVSTのPRAを実施することによって燃料破損に至る支配的な事故シーケンスを同定することである。JSFRにおけるEVST冷却系は1次系と2次系からなる独立4系統である。JSFR設計情報に基づき、本研究では起因事象の同定、イベントツリー解析、フォルトツリー解析、人間信頼性解析、事故シーケンスの定量化を行った。燃料損傷頻度は10$$^{-6}$$ /年程度と評価された。燃料損傷頻度を高くするのは主に冷却系の除熱機能喪失であった。また、支配的な起因事象は除熱運転1系統故障であった。
8
A Refined analysis on the power reactivity loss measurement in Monju
谷中 裕; 竹越 淳; 岸本 安史*; 毛利 哲也; 宇佐美 晋
Progress in Nuclear Energy, 101(Part C), p.329 - 337, 2017/11
ナトリウム冷却高速炉における出力欠損反応度は燃焼欠損反応度と並び、炉心のPu富化度と制御棒本数を決める重要な設計パラメータとなっている。そのため、1994年から1995年にかけて実施された「もんじゅ」性能試験においても、これら特性値の測定が実施され、解析されてきた。直近の「もんじゅ」性能試験における出力係数測定試験に関する解析例としては、高野の論文がある。高野論文では考慮されていない最新の知見として、炉内温度分布の考慮、結晶拘束効果の考慮、対数平均温度の考慮、炉内膨張詳細化効果、最新の核データライブラリ(JENDL-4.0)の使用、測定値補正の精緻化がある。本研究では、これらの項目を全て考慮して、モデルの詳細化に伴う解析結果への影響を定量的に明らかにした。また、その結果、解析は実験を4.6%過大評価することがわかった。このバイアスについて、各種誤差要因以外の要因として炉心心湾曲効果を考慮した評価を行った結果、測定値と1.1%の差で一致した。これにより、出力上昇に伴う炉心湾曲効果が出力欠損反応度のような解析においては重要な要因である可能性が示唆された。
9
SNL/JAEA collaboration on sodium fire benchmarking
Clark, A. J.*; Denman, M. R.*; 高田 孝; 大島 宏之
SAND2017-12409, 39 Pages, 2017/11
サンディア国立研究所(SNL)と原子力機構(JAEA)においてナトリウム燃焼解析コードCONTAIN-LMR(SNL)並びにSPHINCS(JAEA)を用いた共同ベンチマークを実施した。解析対象はSNLで実施されたスプレイ燃焼実験(T3/T4)であり、漏えいナトリウム量20kg、ナトリウム温度200$$^{circ}$$C(T3)、500$$^{circ}$$C(T4)である。実験ではナトリウムの部分的失火(T3)、外部ポートの破損(T4)と現象的にベンチマークが難しいが両コードとも概ね妥当な結果が得られた。SPHINCSコードではプール上に蓄積されたナトリウム燃焼のモデルがCONTAIN-LMRに比べ高精度であるため、T3実験において実験後半の再現性はCONTAIN-LMRよりも良い結果であった。
10
Corrosion behavior of ODS steels with several chromium contents in hot nitric acid solutions
丹野 敬嗣; 竹内 正行; 大塚 智史; 皆藤 威二
Journal of Nuclear Materials, 494, p.219 - 226, 2017/10
 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)
高速炉用に酸化物分散強化型(ODS)鋼燃料被覆管の開発が進められている。原子力機構では9および11Cr-ODS焼戻しマルテンサイト鋼をその候補材料としている。被覆管からの腐食生成物が再処理工程に及ぼす影響を見積もるためには、その腐食挙動を評価しておく必要がある。本研究では95$$^{circ}$$Cの硝酸溶液中で基礎的な浸漬試験および電気化学試験を系統的に実施した。腐食速度は有効Cr濃度(Cr$$_{rm eff}$$)および硝酸濃度の増加に対して、指数関数的に低下した。酸化性イオンの添加も腐食速度を低下させた。取得した分極曲線や浸漬後の表面観察結果より、低Cr$$_{rm eff}$$と希硝酸の組み合わせでは浸漬初期に活性溶解が発生し、腐食速度が大きくなることが分かった。一方、高Cr$$_{rm eff}$$と比較的高濃度の硝酸、あるいは酸化性イオンの添加の組み合わせは不働態化を促進し、腐食速度を低下させることが分かった。
11
Development of unstructured mesh-based numerical method for sodium-water reaction phenomenon in steam generators of sodium-cooled fast reactors
内堀 昭寛; 渡部 晃*; 高田 孝; 大島 宏之
Journal of Nuclear Science and Technology, 54(10), p.1036 - 1045, 2017/10
 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)
ナトリウム冷却高速炉の蒸気発生器におけるナトリウム-水反応現象を評価するため、圧縮性多成分多相流及びNa-水化学反応を対象とした数値解析コードSERAPHIMを開発している。従来のSERAPHIMコードは差分法を用いているが、本研究では、伝熱管の存在する複雑形状領域に対して解析精度を向上することを目的に非構造格子に対応した解析手法を開発した。解析手法妥当性確認の一環として不足膨張噴流実験の解析を実施した結果、解析結果における圧力分布が実験結果と一致する結果を得た。また、Na中へ水蒸気が噴出する現象を対象とした解析を実施し、実現象に対する適用性を確認した。構造格子及び非構造格子を用いた解析から、非構造格子を適用することの効果についても確認した。
12
Study on a unified criterion for preventing plastic strain accumulation due to long distance travel of temperature distribution
岡島 智史; 若井 隆純; 川崎 信史
Mechanical Engineering Journal (Internet), 4(5), p.16-00641_1 - 16-00641_11, 2017/10
The prevention of excessive deformation by thermal ratcheting is important in the design of high-temperature components of fast breeder reactors (FBR). As a result of experimental study that simulated the fast breeder reactor vessel nearby the coolant surface, it was reported that long distance traveling of temperature distribution causes new type of thermal ratcheting, even if there is no primary stress. In this paper, we propose a simple screening criterion to prevent continuous accumulation of plastic strain derived from long distance traveling of temperature distribution. The major cause of this ratcheting mechanism is lack of residual stress that brings shakedown behavior at the center of yielding area. Because the residual stresses are derived from constraint against the elastic part, we focused on the distance from the center of yielding area to the elastic region. So, the proposed criterion restricts the axial length of the area with full-section yield state, which is the double of the above distance. We validated the proposed criterion based on finite element analyses using elastic-perfectly plastic material. As the result of the validation analyses, we confirmed that the accumulation of the plastic strain saturates before 2nd cycles in the cases that satisfy the proposed criterion, regardless of the shape of temperature distribution.
13
Micro-PIXE analysis on adsorbent of extraction chromatography for MA(III) recovery
高畠 容子; 渡部 創; 小藤 博英; 竹内 正行; 野村 和則; 佐藤 隆博*
International Journal of PIXE, 26(3&4), p.73 - 83, 2017/09
次世代再処理ガラス固化技術基盤研究で技術開発を行っている吸着ガラスについて、開発の対象とする抽出クロマトグラフィ技術に用いる吸着材の吸着元素分布情報をマイクロPIXE分析により明らかにすることを検討している。本研究では高レベル放射性廃液の模擬液をカラム法にて吸着並びに吸着/溶離した吸着材を用いて、実使用に即した条件下での吸着材の元素分布情報取得に対するマイクロPIXE技術の適用性評価を行った。検討に供した吸着材はCMPO/SiO$$_{2}$$-P吸着材及びHDEHP/SiO$$_{2}$$-P吸着材であり、分析には高崎量子応用研究所のシングルエンド加速器を用いた。分析結果より、カラム内での吸着バンドの形成や溶離後に吸着材に残留する元素の存在を確認できた。これより、マイクロPIXE分析を吸着材性能の定性的な評価に適用することが期待できた。
14
長距離にわたる温度分布の移動による熱ラチェットひずみの飽和挙動
岡島 智史; 若井 隆純
日本機械学会2017年度年次大会講演論文集(DVD-ROM), 5 Pages, 2017/09
高速炉容器液面近傍部には急峻な温度分布が生じる。この温度分布が長距離にわたって移動する場合、たとえ一次応力がなくても継続的に塑性ひずみが累積する、新たな様式の熱ラチェットが生じうることが報告されている。本報では、生じる熱応力が相対的に小さい温度分布が、長距離にわたって移動する薄肉円筒モデルについて、有限要素解析結果の分析を実施した。この結果、温度分布が通過する領域における累積塑性ひずみは、中央部が最大となる分布形状となることを明らかにした。また温度分布移動距離が過大でなければ、温度分布が通過する領域の中央部においても、最終的にシェイクダウン挙動を示すのに必要な残留応力が確保され、塑性ひずみの累積が飽和することを明らかにした。
15
機械工学分野における信頼性評価の導入と展開; 圧力設備の減肉評価に対する部分安全係数法の導入
岡島 智史
日本機械学会2017年度年次大会講演論文集(DVD-ROM), 3 Pages, 2017/09
減肉を受けた圧力設備の供用適性評価にあたって、検査等をはじめとする日常の保全活動に応じた安全係数を設定することが期待されており、そのためには検査結果および荷重のばらつきを考慮した信頼性評価を行うことが有効と考えられた。日本高圧力技術協会では、テクニカルレポートHPIS Z 109TR「信頼性に基づく圧力設備の減肉評価方法」を制定し、信頼性に基づく減肉評価の方法とその技術基盤を与えている。この評価方法の一つとして、部分安全係数法を用いた減肉評価方法を与えており、従来の経験的な安全係数を用いた手法と同等の簡便さで減肉評価を行うことを可能とした。本報では、HPIS Z 109TRに与えられた、部分安全係数法を用いた減肉評価方法について紹介する。
16
Experiments on gas entrainment phenomena due to free surface vortex induced by flow passing beside stagnation region
江連 俊樹; 伊藤 啓; 田中 正暁; 大島 宏之; 亀山 祐理*
Proceedings of 17th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-17) (USB Flash Drive), 9 Pages, 2017/09
ナトリウム冷却高速炉設計の重要課題である液面からのカバーガス巻込みについて、よどみ部と周辺流れの間に発生する自由表面渦ガス巻込みに関する実験研究を行った。水平および吸込み流速を数条件変化させ、自由液面の可視化と粒子画像流速計測適用することで自由液面部くぼみ形状と渦廻りの流速分布をそれぞれ同時に計測した。実験で得られた液面形状および速度分布より、ガス巻込み渦に関する循環、鉛直報告速度勾配およびくぼみ形状それぞれの時間発達の関係をガス巻込み評価手法整備用の基礎実験データとして定量把握した。さらに、渦モデルに基づくガス巻込み評価の有効性を確認した。
17
An Experimental study on the fragmentation and accompanying cooling behaviors of a simulated molten oxide fuel penetrating into a sodium pool
松場 賢一; 神山 健司; 豊岡 淳一; Zuev, V. A.*; Kolodeshnikov, A. A.*
Proceedings of 17th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-17) (USB Flash Drive), 11 Pages, 2017/09
ナトリウム中に流出した液柱状の溶融炉心物質の微粒化及びそれに伴う冷却挙動を解明するため、溶融炉心模擬物質として溶融アルミナを用いた炉外試験の結果を分析した。本分析の結果、溶融アルミナの液柱はナトリウム中を数十センチメートル程度の距離まで浸入すると微粒化によって崩壊するが、スティール構造物に与える熱的負荷を無視できる程度まで冷却されるためには、液柱崩壊までの距離(微粒化距離)に加え、有意な冷却距離を要することを把握した。すなわち、原子炉容器内下部構造への熱負荷低減の観点からは、微粒化距離のみならず冷却距離の評価が必要である。
18
Hazard curve evaluation for forest fire smoke effects on air-cooling decay heat removal systems
岡野 靖; 山野 秀将
Proceedings of International Topical Meeting on Probabilistic Safety Assessment and Analysis 2017 (PSA 2017) (USB Flash Drive), p.1334 - 1342, 2017/09
本研究は、森林火災の煤煙の影響に関するハザード曲線を、ロジックツリーに基づく新しい手法により評価したものである。煤煙に関する応答曲面はFARSITEとALOFT-FTの2つのシミュレーションコードを用いて評価し、モンテカルロシミュレーションにより煤煙量に対する年超過頻度が求められる。導出されたハザード曲線は頻度10$$^{-2}$$/年に対し約3.5kg(フィルターの単位面積かつ単位風速当り)となった。
19
高速炉蒸気発生器伝熱管のターゲットウェステージ現象解明実験; 流れを伴う高温水酸化ナトリウム環境での腐食実験
梅田 良太; 下山 一仁; 栗原 成計
JAEA-Technology 2017-018, 70 Pages, 2017/08
ナトリウム冷却高速炉の蒸気発生器では、低圧のナトリウムから伝熱管を介して高圧の水/蒸気に熱交換される。その伝熱管が破損して水蒸気が漏えいした場合、発熱反応を引き起こし、ナトリウム中に反応ジェットが形成される(ナトリウム-水反応)。反応ジェットは高温・高圧噴流で高アルカリ環境を形成し、この環境に曝された隣接伝熱管は、局所的な減肉により損傷を受け(ターゲットウェステージ)、SG内での影響範囲が拡大する可能性がある。本報告書では、ターゲットウェステージ現象解明を目的として、ナトリウム-水反応時の主要な反応生成物である高温の水酸化ナトリウムと副次的な生成物である酸化ナトリウム(試料)を用いて、ターゲットウェステージの環境因子(試料温度、衝突速度、試料組成割合等)を分離評価できる実験装置及び実験手法を開発した。また、開発した実験装置を用いて流れを伴う高温水酸化ナトリウム及び酸化ナトリウム環境下における腐食実験を実施し、腐食特性に及ぼすターゲットウェステージの環境因子の影響を定量的に評価するとともに、平均腐食速度とウェステージ環境因子との関係を定式化した。
20
Uplift and denudation history of the Akaishi Range, a thrust block formed by arc-arc collision in central Japan; Insights from low-temperature thermochronometry and thermokinematic modeling
末岡 茂; 池田 安隆*; 狩野 謙一*; 堤 浩之*; 田上 高広*; Kohn, B. P.*; 長谷部 徳子*; 田村 明弘*; 荒井 章司*; 柴田 健二*
Journal of Geophysical Research; Solid Earth, 122(8), p.6787 - 6810, 2017/08
複数の熱年代学的手法とthermo-kinematicモデリングを用いて赤石山脈の削剥史を検討した。熱年代は東に向かって系統的に若返り、赤石山脈北部は東縁に分布する糸魚川-静岡構造線の活動によって隆起した可能性が示唆された。Thermo-kinematicモデリングによって詳細な検討を加えた結果、糸魚川-静岡構造線の変位速度が5-10mm/yr、傾斜が27-45度、デコルマ深度が20-25kmのとき、熱年代測定結果と既存の地形・地球物理データを矛盾なく説明できることが確認できた。隆起速度と削剥速度は約4mm/yrと推定された。一方、赤石山脈南部は、先行研究による少数の熱年代データは北部と異なる値を示しているほか、地形・地質構造等の違いを考慮すると、北部とは別の時期・メカニズムによって隆起している可能性がある。