A Design study on a metal fuel fast reactor core for high efficiency minor actinide transmutation by loading silicon carbide composite material

大釜 和也; 原 俊治*; 太田 宏一*; 永沼 正行; 大木 繁夫; 飯塚 政利*

Journal of Nuclear Science and Technology, 59(6), p.735 - 747, 2022/06

https://doi.org/10.1080/00223131.2021.2005702

A metal fuel fast reactor core for high efficiency minor actinide (MA) transmutation was designed by loading silicon carbide composite material (SiC/SiC) which can improve sodium cooled fast reactor (SFR) core safety characteristics such as sodium void reactivity worth and Doppler coefficient due to neutron moderation. Based on a 750 MWe metal fueled SFR core concept designed in a prior work, the reactor core loading fuel subassemblies with SiC/SiC wrapper tubes and moderator subassemblies was designed. To improve the reactor core safety characteristics efficiently, three layers of SiC/SiC moderator subassemblies were loaded in the core by replacing 108 out of 393 fuel subassemblies with the moderators. The reactor core with approximately 20 wt% MA-containing metal fuel satisfied all safety design criteria and achieved the MA transmutation amount as high as 420 kg/GWe-y which is twice as high as that of the axially heterogeneous core with inner blanket and upper sodium plenum, and two-thirds of that of the accelerator-driven system.

レーザー加工のシミュレーション

山田 知典; 山下 晋; 杉原 健太; 村松 壽晴

プラズマ・核融合学会誌, 89(7), p.500 - 506, 2013/08

http://www.jspf.or.jp/Journal/PDF_JSPF/jspf2013_07/jspf2013_07-500.pdf

レーザー加工プロセスには、時間,空間スケールの異なる多くの物理機構が存在するため、複雑さや計算の難しさから、十分に解明されているとは言い難い。本章では、こうしたレーザー加工時の複合物理現象の解明に向けて開発されてきたシミュレーションモデルを紹介する。さらに、筆者らが開発を行った数値シミュレーションコード(SPLICE)を用いたレーザー溶接・切断の数値シミュレーション結果と、放射光高輝度単色X線を用いた高精度実験やレーザーによる厚板鋼材切断試験の結果との比較対比を通じて得られた知見・課題等について紹介する。

Suppression of high-cycle thermal fatigue at a mixing tee with a 90-degree bend upstream by changing its geometry

結城 和久*; 小原 啓*; 橋爪 秀利*; 田中 正暁; 村松 壽晴; 戸田 三朗*

Proceedings of 7th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics, Operation and Safety (NUTHOS-7) (CD-ROM), 21 Pages, 2008/10

上流に90度曲がり管(エルボ)を有するT字合流配管部で、PIV(粒子画像計測法)により速度場の計測と流体温度計測を実施した。実験パラメータはエルボ出口からT字合流部までの距離及びエルボの曲率半径である。実験により、曲率半径の大小(はく離の有無)に応じて、エルボとT字合流部との距離を適切に定めることで流体混合による高サイクル熱疲労の発生を緩和する手法を提案した。

原研エネルギー回収型ライナックにおけるコヒーレント放射光の観測

高橋 俊晴*; 峰原 英介; 羽島 良一; 沢村 勝; 永井 良治; 菊澤 信宏; 飯島 北斗; 西谷 智博; 奥田 修一*

Proceedings of 2nd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 30th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.498 - 500, 2005/07

原研エネルギー回収型リニアックからのコヒーレント放射光を観測した。周回軌道の第2アーク,2番偏向磁石からのシンクロトロン放射を真空外に取り出し、分光測定を行ったところ、コヒーレント放射光に対応する大強度放射がミリ波領域で観測された。

高温ガス炉用炭素繊維強化炭素複合材料の開発

曽我部 敏明; 石原 正博; 馬場 信一; 小嶋 崇夫; 橘 幸男; 伊与久 達夫; 星屋 泰二; 平岡 利治*; 山地 雅俊*

JAERI-Research 2002-026, 22 Pages, 2002/11

JAERI-Research-2002-026.pdf:2.41MB

高温工学に関する先端的基礎研究のうち、高温ガス炉技術の高度化のための原子炉要素技術の研究開発として炭素繊維強化炭素複合材料(C/C複合材料)製制御棒被覆管の研究開発を進めている。また、実用化に反映可能となる物性予測,評価に関する基礎的な研究を「耐熱セラミックス複合材料の照射損傷機構に関する予備試験」の一環として進めている。本報告は、これまで行ってきたC/C複合材料に関する研究開発についてまとめたものである。開発に当たっては、材料特性,構造物の製作可能性,安定供給性,コストなどを考慮し、C/C複合材料の試作・検討により有望な材料を開発した。材料特性としては、引張強さや曲げ強さ等の機械的強度が高いこと、破断ひずみが大きくかつ靭性が高いこと、中性子照射に対して寸法変化が少なく安定性が高いこと等を考慮している。その結果、炭素繊維としてポリアクリロニトリル系の平織りクロス,マトリックス材としてピッチを用い、さらに耐照射損傷性を高めるための特別な熱処理及び原子炉級に不純物を除去する高純度化を施した2次元炭素繊維強化炭素複合材料(2D-C/C複合材料)を開発した。

Structure of MO-BO (M: Na and K) glasses and melts by neutron diffraction

半田 克巳*; 喜多 善史*; 小原 真司*; 鈴谷 賢太郎; 福永 俊晴*; 三沢 正勝*; 飯田 孝道*; 岩崎 博*; 梅咲 則正*

Journal of Physics and Chemistry of Solids, 60(8-9), p.1465 - 1471, 1999/00

https://doi.org/10.1016/S0022-3697(99)00143-2

アルカリホウ酸ガラスMO-BO (M: Na, K) 及び融体の構造をパルス中性子全散乱によって調べた。MOの量(10~30mol%)が増加するにつれて、g(r)のB-Oに相当する第1ピークが非対称に分裂していくのが見いだされ、配位数Nも3.0から3.5に変化した。これは明らかに、BOのユニットに対して新たにBOのユニットが生成したことを意味している。つまり、MOの添加によって、BOガラスのBOユニットがBOに変化したと考えられる。こうした変化は、融体でも同様に観察された。また、EXAFSによって、添加イオンKの分布構造を調べたが、K-Oの原子間距離は2.83~2.86Åで、配位数Nは、約6であることが明らかになった。

レーザー切断技術の標準化に向けた研究開発,7; 切断溝幅がアシストガス流入量に及ぼす影響の評価

羽成 敏秀; 杉原 健太; 村松 壽晴; 山下 真範*; 榊原 潤*

no journal, , 

原子力機構では、レーザーを用いた厚板鉄鋼材料切断技術の高度化を目指して研究を進めている。本報では、切断溝を模擬したアクリル製スリット内の流速場をPIVにより計測し、スリット間隙などがアシストガスのスリット内への流入に及ぼす影響の定量化を目的として、影響を及ぼす因子の評価を行った。計測により得られた流速から求められた運動量とノズル出口部運動量の比はノズル径がスリット間隙と同程度か大きい場合、間隙の増加によって増加し、アシストガス噴流軸と間隙とのずれの増加によって減少することが確認できた。また、スタンドオフを変化させても、運動量比はほとんど変化しなかった。これはスタンドオフが噴流のポテンシャルコア領域の長さに対して短く、スリット内への流入量があまり変化しないためと考えられる。

厚板鉄鋼材レーザー切断における熱流動現象の数値解析と実験による評価

杉原 健太; 中村 保之; 小川 剛充; 山田 知典; 村松 壽晴

no journal, , 

これまでにレーザー切断現象における熱流動現象に着目し、これまでにさまざまな加工条件による切断試験やアシストガス噴流の流動特性評価などを実施してきた。本報告では熱電対を用いて測定した試験体内部温度データや数値シミュレーションによる解析結果から、厚板レーザー切断現象の熱流動挙動を評価した。本試験結果からレーザー照射箇所から8mm以内に300Cを超えるような高温領域が集中しており、表面近傍よりも切断溝の深部の方が高温になることを確認した。また、熱量の試算によりレーザー切断において切断箇所の溶融に最低限必要な熱量は照射エネルギーの約1割程度とわずかであり、9割以上は熱拡散(約6割)などのエネルギーロスであることが明らかになった。以上の結果から、厚板切断ではカーフ深部に熱や溶融金属が溜まりやすいため、アシストガスを適切に制御して溶融金属を効率よくカーフ深部から除くことが重要となると考えられる。また、切断可能板厚の評価に数値シミュレーションが有用であることを示せた。

レーザー切断技術の標準化に向けた研究開発,6; 厚板金属のレーザー切断における照射熱量に対する切断可能板厚の評価

杉原 健太; 羽成 敏秀; 村松 壽晴

no journal, , 

厚板鋼材に対するレーザー切断条件の適切化・制御に向けて、これまでに原子炉廃止措置に向けたレーザー切断の適用性確認試験を実施し、さまざまな加工パラメータにおける切断の可否を評価してきた。切断が失敗したほとんどのケースでは、切断溝内部で溶融金属が凝固し、溶融金属の排出経路が塞がれていた。切断可能板厚評価において、レーザー照射条件と溶融金属挙動の影響を切り分けるために、本報告では溶融金属が切断溝に詰まらない条件で試験を実施して切断可能板厚のレーザー照射熱量依存性を評価した。レーザー出力3ケース(1.84, 3.73, 5.63kW)、加工速度5ケース(15360mm/min)で切断試験を実施し、切断深さを単位切断長さあたりのレーザー照射熱量をもとに評価した。照射熱量が多いほど深く溝が掘れていた。また、同じ熱量であってもレーザー出力が高い方が深く切断できており、低出力で加工する場合には熱伝導によるエネルギーロスが大きくなる。以上の結果から、切断可能板厚を大きくするためには熱伝導によるエネルギーロスを減らし、高出力のレーザーを用いて短時間に切断することが重要であると結論づけられる。

柔軟性の高いMA回収・核変換技術の開発,3; 高濃度MA含有金属燃料装荷・MOX燃料高速炉の炉心設計

大釜 和也; 原 俊治*; 太田 宏一*; 大木 繁夫; 飯塚 政利*

no journal, , 

柔軟性の高いMA回収・核変換技術開発の一環として、大きな炉心設計変更を伴わずに、高濃度MA含有金属燃料を750MWeナトリウム冷却高速炉・MOX燃料炉心に混合装荷する方法を検討した。先行研究で検討した外側炉心最外周1層のMOX燃料をMA含有金属燃料に置換した炉心(MA均質装荷MOX燃料炉心よりも約1.6倍のMA核変換量)を対象として核・熱流動設計を行った。金属燃料は、燃料と被覆管の接触による液相形成回避のため、被覆管最高温度をMOX燃料よりも50C低い650C以下に制限する必要がある。この制限を満たすために、金属燃料装荷領域の冷却材流量の増加および他領域の流量合理化が必要となる。本研究では、出力に対する必要流量が高い径方向ブランケット燃料の削除による炉心流量合理化により、金属燃料を混合装荷した炉心において、MOX燃料炉心と同じ炉心流量および冷却材出入口温度の設計が成立することを確認した。