燃料異常過渡試験のための希釈管の希釈係数測定に関する検討

井上 修一; 小室 忠男; 鍋谷 栄昭; 松井 義典; 飯田 一広; 伊藤 和之; 木村 明博; 菅野 勝

JAEA-Technology 2010-010, 27 Pages, 2012/05

JAEA-Technology-2010-010.pdf:1.99MB

沸騰水キャプセルを用いた燃料照射試験では、燃料破損時においてキャプセルから流出する核分裂生成物(FP: Fission Products)量を炉外に設置した放射線モニターで検出できる最小限にし、FPの原子炉施設内への放出を低減させる目的で沸騰水キャプセル内に希釈管を設けている。JMTR再稼動後に行う燃料異常過渡試験では、広範囲の試験条件の設定が可能なように沸騰水キャプセルの給水流量の増加が計画されている。給水流量が増加すると、放出されるFPの増大が予想されたため、給水流量をパラメータとして希釈管の希釈効果を炉外実験で確認した。本報告は、沸騰水キャプセル内の希釈管の希釈係数測定結果をまとめたものである。

Behavior of transition into inductively coupled plasma mode with internal radio frequency multiturn antenna

中垣 圭太; 山内 俊彦; 管野 善則*; 小林 清二*; 竹本 亮*

Japanese Journal of Applied Physics, 47(3), p.1745 - 1747, 2008/03

https://doi.org/10.1143/JJAP.47.1745

多数巻きアンテナをチャンバー内に取り付けたCVD装置を開発した。容量結合型プラズマ(CCP)と誘導結合型プラズマ(ICP)間に突然発生する遷移現象の研究を行った。単一の標準遷移以外に、繰返し遷移することを初めて観測した。標準遷移では、CCPモードへの遷移に対するRF吸収パワーの閾値は、Arのガス圧10100Paでほぼ一定であったが、1.58Paのところで閾値は劇的に上昇した。遷移時間は10Paで8マイクロ秒と速く、さらにガス圧の上昇とともに閉じ込めが改善し、長くなった。CCPモードからICPモードへの突然遷移のトリガーは、電子温度の上昇によると考えられる。

密度汎関数法による光吸収ダイオキシン類の解離特性

山内 俊彦; 小林 清二*; 伊藤 伸一*; 山崎 和彦; 亀井 康孝*; 管野 善則*

環境科学会誌, 19(6), p.507 - 515, 2006/11

https://doi.org/10.11353/sesj1988.19.507

Gaussian03を用いた密度汎関数法(B3LYP)計算を行い、ダイオキシン類の特性及び脱塩素化について明らかにした。まず、2個のベンゼン環の面構造は、Co-PCBでは2面が結合軸を中心に37.8度でねじれ、それ以外のPCBでは90度でねじれている。一方、ダイオキシンTCDD及びTCDFで構造最適化すると、2つのベンゼン環は同一平面構造である。また、ダイオキシンの赤外吸収光によるC-Clのストレッチ振動数778cm等を決定した。次に、C-Clの結合性軌道エネルギー曲線から求めた結合エネルギーは4.15.5eVである。また、塩素原子エネルギーとダイオキシンラジカルエネルギーの和とダイオキシンエネルギーとの差から求めた結合解離エネルギーは3.83.9eVである。それゆえ零点エネルギーは0.381.65eVである。また、結合解離エネルギーは、塩素原子の個数に反比例している。最後に、ほかの脱塩素化のモデルとして水素原子の塩素への接近反応を試行したところ、水素原子による塩素原子引き抜きによる脱塩素化反応が見られた。脱塩素化(引き抜き反応及び光解離)の反応時間は、2240fsである。

レーザー/CVDプラズマによるアドバンストセラミックス合成,プラズマの特性

山内 俊彦; 中垣 圭太*; 管野 善則*; 小林 清二*; 三枝 幹雄*; 竹本 亮*; 山下 直飛人*; 川嶋 友紘*

no journal, , 

アドバンストセラミックスの中でダイヤモンド合成に関しては、高温・高圧や低圧気相合成が、核融合用特殊窓や表面保護用コーティングの有用性から注目されている。この低圧気相合成にはCVD法とイオンビーム・スパッタリング蒸着の2つの流れがあり、ここでは興味深いCVD法(27MHzRFプラズマ)を採用し装置の開発を始めた。このCVD法による合成研究は複雑でまだ理論的に解明されてない点もあり、興味深い。さらにレーザーをターゲット表面のクラスター,分子及び原子等に照射し活性化させることにより合成を制御できると考えられている。実験をサポートする理論的計算としては、結晶の外側をすべて水素原子で終端しGaussian03で計算実験を行う近似法がある。最近は東京大学生産技術研究所で開発されたPHASEコードを使うことにより結晶のダイレクト解析が可能となり、計算精度は向上した。今回は大学との共同研究で進めてきたICPアンテナ内挿型CVDプラズマ発生装置で生成するプラズマの特性や生成膜などに関して述べる。

CVD用内部RFアンテナによるCCPからICPへの突然遷移

山内 俊彦; 中垣 圭太; 管野 善則*; 小林 清二*; 竹本 亮*

no journal, , 

複数巻きRFアンテナコイルをチャンバー内部に取り付けたCVD装置を開発し、容量結合型プラズマ(CCP)と誘導結合型プラズマ(ICP)間の突然生ずる遷移現象解明の研究を行った。まず、この遷移は3種類存在することがわかった。一つ目は、通常の遷移(われわれが最初に内部アンテナで発見、standard transition)、次は、CCPとICPを同時に伴う混合遷移(mixed transition)、そして最後は自己変調繰り返し遷移(self-repeated tramsition)である。それらの遷移のRFパワー及びガス圧に関する境界条件を実験的に見つけるとともに、物理的な遷移現象解明に一歩近づけることができた。

高周波ICPプラズマの成長過程とアンテナコイルのスパッタリング

山内 俊彦; 竹本 亮*; 管野 善則*; 小林 清二*; 中垣 圭太*; 加藤 初弘*

no journal, , 

これまでレーザー補助RF加熱CVDプラズマに関してハードの面から研究開発を進め、(1)自己発生型ICPパルスの発生発見、及び(2)CCPからICP遷移の原因は温度Teであること等を明らかにした。このRFプラズマ点火時、アンテナコイルに流れる電流の誘導電流が指数関数的にアース側からアンテナコイル内側に流れ、衝突電離してプラズマ密度は増大し、ある損失とバランスして定常ICPとなる。このようなコイル内に発生し遷移中のICPが、ICCDカメラにより初めて白い水平線となって観測され、ICPはプラズマ中心の閉じ込めのよいところ(Teの高い)から成長することがわかり、われわれの以前からの主張が証明された。ICPが成長する前のCCPでは、低密度プラズマがまつわりついた磁力線が観測されたが、ICPでは高密度プラズマの衝突により観測できない。この高密度プラズマ(イオン)は、自己バイアス(アンテナの負電位)により、アンテナに衝突しスパッタリングを起こす。これを抑えるため、核融合NBIイオン源で用いられたアンテナでは、石英ガラスをアンテナにコートするなどの工夫がなされた。しかし、われわれの場合アンテナでなくアンテナコイルのため困難であり、いずれにせよスパッタリングの可能性があるため、直流バイアス印加の有効性について実験を進めた。その結果、正バイアス印加がスパッタリングを抑え、プラズマを改善することが明らかとなった。

内部RFアンテナとICP遷移

山内 俊彦; 管野 善則*; 小林 清二*; 杉林 秀之*

no journal, , 

内部アンテナRF加熱CVDプラズマに関して研究を進め、アンテナの巻き数と遷移閾値の関係などを明らかにした。特に面白い結果として、(1)自己制御ICPパルス(self-controlled ICP pulse)の発生,(2)ICP遷移トリガーとして電子温度の重要性、及び(3)アンテナ電位(負)VPrf等があげられる。さて遷移はRF加熱電子による急激な衝突電離で立ち上がるが、ガス圧が低いときは低衝突により電子増加割合が小さく、また高い時は衝突電離と再結合の平衡により増加割合は1に達する。プラズマからの放射光の時間変化をホトダイオードで観測した。ガス圧とともに立ち上がり時間はリニアに増加している。ここで特異的なことは、20Pa以上で立ち上がりが2段階で生じていることである。このような興味深い遷移物理を解明するため温度等(Te, Ti, ne, no)を計測及び考察し、その結果を発表する予定である。

JMTRの改修・再稼働に向けた取組み,4; 新たな照射試験設備の整備,1; 燃料異常過渡試験設備

永田 寛; 山浦 高幸; 細川 甚作; 松井 義典; 菅野 勝

no journal, , 

軽水炉利用に関する研究開発においては、燃料の高燃焼度化や炉出力向上(現認可出力の増加)等のため、燃料高度化技術戦略マップに基づき、2015年頃に高燃焼度1010燃料を導入する計画である。この計画に基づき、JMTRでは、現行の軽水炉の取り出し燃焼度の上限である55GWd/t(燃料集合体あたり)の約2倍まで燃焼させた燃料試料(燃焼度110GWd/t)までの出力急昇試験を可能とする燃料異常過渡試験装置の開発を行った。