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Cの最適疲労破損式の1
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サイクルまでの適用性検証豊田 晃大; 今川 裕也; 鬼澤 高志; 加藤 章一; 古谷 佳之*
日本機械学会論文集(インターネット), 89(928), p.23-00206_1 - 23-00206_15, 2023/12
高速炉を設計するためには、構造材料の110
サイクルまでの高サイクル疲労を考慮する必要がある。110サイクルでの高サイクル疲労を評価するためには、110サイクルまで適用可能な疲労曲線を作成する必要がある。本研究では、高速炉構造材料の候補材料である改良9Cr-1Mo鋼の高サイクル疲労評価手法を開発するため、ひずみ制御条件下での高サイクル疲労試験を実施するとともに、超音波疲労試験を実施した。試験結果に基づき、最適疲労曲線を拡張し、日本機械学会の最適疲労曲線が110サイクルまで適用可能であることを確認した。
-iron平山 真太郎*; 佐藤 紘一*; 加藤 太治*; 岩切 宏友*; 山口 正剛; 渡辺 淑之*; 野澤 貴史*
Nuclear Materials and Energy (Internet), 31, p.101179_1 - 101179_9, 2022/06
被引用回数：3 パーセンタイル：68.71(Nuclear Science & Technology)一軸引張歪下での鉄の空孔あるいは空孔-炭素複合体への水素結合エネルギーを密度汎関数法を用いて計算した。歪による結合エネルギー変化と水素原子トラップ数の変化について考察した。
瀬川 智臣; 川口 浩一; 加藤 良幸; 石井 克典; 鈴木 政浩; 藤田 峻也*; 小林 昌平*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 湯淺 朋久*
Proceedings of 2019 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2019) (Internet), 9 Pages, 2019/05
硝酸ウラニル・硝酸プルトニウム混合溶液から混合酸化物への転換において、マイクロ波加熱脱硝法が利用されている。マイクロ波加熱の効率性及び均質なUO
粉末を製造するための加熱均一性の向上を目的とし、塩化カリウム寒天及び硝酸ウラニル溶液のマイクロ波加熱試験、並びに数値シミュレーションによる解析を実施した。硝酸ウラニル溶液の誘電損失に調整した塩化カリウム寒天を用いたマイクロ波加熱試験により、マイクロ波加熱脱硝に最適なサポートテーブル高さは50mmとなることを確認した。また、断熱材を用いた硝酸ウラニル溶液のマイクロ波加熱試験により、脱硝時間の短縮によるエネルギー利用効率の向上及び脱硝体の剥離性が改善による収率の向上を確認した。さらに複数のサンプリング位置において採取したUOについて、いずれも粉末特性が改善し高密度のペレットが作製可能となることが明らかになった。断熱材を設置することで硝酸ウラニル溶液のマイクロ波加熱の均一性が向上することが数値シミュレーションにより示された。
藤田 峻也*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 湯淺 朋久*; 瀬川 智臣; 加藤 良幸; 川口 浩一; 石井 克典
Proceedings of 11th Korea-Japan Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-11) (Internet), 7 Pages, 2018/11
使用済燃料の再処理工程において、硝酸ウラニル・硝酸プルトニウム混合溶液をマイクロ波加熱脱硝法により、酸化ウラン・酸化プルトニウム混合酸化物粉末に転換しており、今後、量産規模の脱硝技術を開発する上で、マイクロ波加熱時の突沸及び噴きこぼれ防止のために運転条件の把握が求められる。本研究において、溶液の誘電率の増加に伴い熱伝導係数が低下することを明らかにした。また、噴き上げ現象においては気泡成長よりも無数の微小気泡の発生が支配的に影響を及ぼすと考えられる。
藤田 峻也*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 湯浅 朋久*; 瀬川 智臣; 山田 美一; 加藤 良幸; 石井 克典
Proceedings of 26th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-26) (Internet), 8 Pages, 2018/07
使用済燃料を再処理する工程において、マイクロ波加熱脱硝法により、硝酸ウラニル・硝酸プルトニウム混合溶液から酸化ウラン・酸化プルトニウム混合酸化物粉末を製造している。将来に向けた量産規模の脱硝技術開発において、マイクロ波加熱時の沸騰中の突沸及び噴きこぼれを防止するため、十分に運転条件を把握することが求められる。本研究においては、高誘電損失の硝酸ウラニル水溶液の模擬物質として塩化カリウム水溶液において、KCl濃度の増加に伴う誘電損失の増加に伴い、溶液表面でマイクロ波が損失することを実験及び電磁場解析により確認し、加熱状態の変化が突沸の発生に影響を及ぼすことを明らかにした。
(Al,Ga)
O
scintillator Compton camera mounted on an unmanned helicopter志風 義明; 西澤 幸康; 眞田 幸尚; 鳥居 建男; Jiang, J.*; 島添 健次*; 高橋 浩之*; 吉野 将生*; 伊藤 繁樹*; 遠藤 貴範*; et al.
Journal of Nuclear Science and Technology, 53(12), p.1907 - 1918, 2016/12
被引用回数：37 パーセンタイル：96.48(Nuclear Science & Technology)無人ヘリ搭載用に軽量・低消費電力のコンプトンカメラ方式のガンマカメラを開発した。検出器に関して、散乱体・吸収体の各層のGAGGシンチレータ・アレイの44から88への増加、及び、2層間の距離の拡張により、それぞれ、検出効率と角度分解能が改善した。改良したコンプトンカメラを用いた測定を福島県浪江町の請戸川河川敷で実施した。飛行経路と速度のプログラミングが可能な無人ヘリの機能を用いて、6560mの範囲を5mの測線間隔の13測線で、及び、65180mの範囲を10mの測線間隔の19測線で、高度10m・速度1m/sにて櫛形に往復させながら、それぞれ、20分間と30分間で測定した。測定データと校正用データの解析により、地上1m高さでの空間線量率分布マップが、高度10mから約10mの位置分解能に相当する角度分解能にて精度よく得られた。また、ホバリングフライトでは、ホットスポット上で高度5-20mで10-20分間程度測定を行った。再構成ソフトの使用後に検出効率の補正や線量換算を経て、ホットスポットを含む
線の画像を得た。再構成線画像の角度分解能は測定位置をシフトさせた結果の比較より、室内実験での性能(約10度)と同程度であることを確認した。
渡辺 淑之; 岩切 宏友*; 村吉 範彦*; 加藤 太治*; 谷川 博康
Plasma and Fusion Research (Internet), 10, p.1205086_1 - 1205086_2, 2015/12
材料中の水素は、格子欠陥(転位,欠陥集合体,析出物,粒界など)と強く相互作用して材料の特性・形状変化を促進させることが懸念されているが、そのメカニズムについてはいまだ十分に明らかになっていない。本発表の内容は、F82H鋼の主要析出物であるクロム炭化物(Cr
C
)を対象とし、同炭化物中の水素の存在状態を電子論的に評価した内容をまとめたものである。解析より、同炭化物中の水素原子の安定構造はCrに囲まれた三方両錐体中心位置であり、各原子の電荷に起因した構造であることを明らかにした。また、算出された水素の形成エネルギーは-0.48eV(発熱型反応)であった。ここで、純鉄中の水素原子の形成エネルギーが+0.25eV(吸熱型反応)であることから、F82H鋼中において水素原子は、Feベースの母相よりもCrCベースの析出物に捕獲されている方がよりエネルギー的に有利である可能性が示唆された。これらの知見は、照射下材料の水素効果を予測するための要素技術開発に重要となる。
pellets for Mo-99 production, 2西方 香緒里; 石田 卓也; 米川 実; 加藤 佳明; 黒澤 誠; 木村 明博; 松井 義典; 土谷 邦彦; 佐野 忠史*; 藤原 靖幸*; et al.
KURRI Progress Report 2014, P. 109, 2015/07
JMTRを用いた産業利用の一環として、医療診断用アイソトープである
Tcの親核種である(n,)法を用いた
Moの製造を計画している。日本はこのMoを全量海外からの輸入に依存しているため、JMTRを用いたMo国産化製造に関する技術開発を行っている。本研究では、高密度MoOペレットを京都大学にあるKURで中性子照射し、JMTRホットラボにおいてMoから核変換により生成したTcを溶媒抽出法により抽出し、得られたTcの回収率評価及び品質検査を行った。この結果、溶媒抽出法によるMo/Tc製造工程を実証するとともに、得られたTc溶液の品質が基準値を満足するものであることを明らかにした。
の硝酸への溶解性向上技術開発加藤 良幸
日本原子力学会和文論文誌, 14(2), p.75 - 85, 2015/06
ウラン・プルトニウム混合酸化物燃料製造工程では、不純物濃度が高くなるなどして燃料製造仕様に合わなくなったMOX粉末が発生する。そのMOX粉末はMOX燃料製造にはそのまま使えないのでダーティースクラップ(DS)粉末として保管している。このDS粉末を再びMOX燃料製造に使用できるようにするには、DS粉末中のPuを硝酸で溶解した後に、抽出(精製)する必要がある。このPu溶解技術についてこれまでの技術ではDS粉末を焼結温度まで加熱してウラン-プルトニウムを固溶化させて沸騰硝酸で溶解するか電界溶解する必要があった。これらの手法では溶解槽や容器などが厳しい腐食環境下に置かれ、手順も煩雑なのでDS粉末中のPuを回収するために用いるには課題が多い。そこで、本研究では、MOX粉末を炭化珪素粉末と混ぜて1,300C程度に加熱することで、珪酸塩を生成して、Puを室温の硝酸で溶解できるようにした。これにより、これまでは室温の硝酸ではMOX粉末中のPuを約10%しか溶解できなかったが、本法を採用するとPuを約70%溶解できることを確認した。
根本 義之; 加藤 仁; 加治 芳行; 吉田 啓之
Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 5 Pages, 2015/05
福島第一原子力発電所の炉内状況の推定等に寄与するため、原子力機構では、炉心溶融物の熱流動解析と構造解析を連成させ、圧力容器下部ヘッドの破損挙動を評価する研究を行っている。この構造解析では過去の単軸試験による材料物性データを用いる。しかし、特に複雑な形状の部位では、多軸応力条件下での変形挙動を解析することになる。このため、多軸応力条件下の構造解析に対する、単軸試験により得られた材料物性データを用いた解析モデルの適用性について検討する必要がある。本論文では、多軸応力試験として高温での内圧クリープ試験を行うとともに、単軸試験による材料物性データを用いて有限要素法(FEM)解析を実施し、両者の結果を比較することで、その妥当性を検討した。
加藤 良幸
日本原子力学会和文論文誌, 13(2), p.62 - 73, 2014/05
核燃料再処理において、ウランとプルトニウムとを混合して酸化物燃料に転換することは、核不拡散推進の立場から重要である。こうした観点から我が国においては、軽水炉燃料再処理によって得られる硝酸ウラニルと硝酸プルトニウムを混合して、マイクロ波加熱によって脱硝することで、混合酸化物燃料の原料粉末を得るプルトニウム混合転換技術が開発され、実用の大型再処理工場(日本原子力研究開発機構東海再処理工場及び日本原燃六ヶ所再処理工場)にも採用されている。本研究では、これらのプルトニウム・ウラン混合溶液をマイクロ波脱硝する時の加熱効率について研究した。まず、一般産業界で用いられているマイクロ波加熱装置の設計理論に基づき、試験装置を作成し、加熱効率を測定した。これらの結果を参考に実規模設備(東海再処理工場プルトニウム転換技術開発施設の主工程)においても、加熱効率を算出した。さらに、これらの結果を検討するために電磁場解析コードを用いて装置内の電磁界分布を解析した。
中野 純一; 佐藤 智徳; 加藤 千明; 山本 正弘; 塚田 隆; 加治 芳行
Journal of Nuclear Materials, 444(1-3), p.454 - 461, 2014/01
被引用回数：3 パーセンタイル：23.92(Materials Science, Multidisciplinary)沸騰水型原子炉(BWR)の運転温度よりも低い温度において、ステンレス鋼(SS)の応力腐食割れ(SCC)に及ぼす過酸化水素(HO)の影響を評価するため、HOを含む561
423Kの高温水中でき裂進展試験を行った。小型コンパクト・テンション(CT)試験片を熱鋭敏化304SSから作製した。100ppbのHOを含む561Kの高温水中での試験では、CT試験片のサイドグルーブ近傍に粒界型SCC(IGSCC)の小さな領域が認められたにもかかわらず、423及び453KではCT試験片の中央部までIGSCC領域が拡大した。SCCに及ぼすHOの影響はBWR運転温度よりも低い温度で著しく現れた。き裂中の環境を評価するため、破面及び疲労予き裂上の外層酸化物分布をレーザーラマン分析により調べるとともに熱平衡計算を行った。
中野 純一; 佐藤 智徳; 加藤 千明; 山本 正弘; 塚田 隆; 加治 芳行
Journal of Nuclear Materials, 441(1-3), p.348 - 356, 2013/10
被引用回数：2 パーセンタイル：18.63(Materials Science, Multidisciplinary)ステンレス鋼(SS)の応力腐食割れ(SCC)進展形態に及ぼすすきま構造と過酸化水素(HO)の関係を評価するため、HOを含む高温水中でき裂進展試験を行った。異なる疲労予き裂長さを有する小型コンパクト・テンション(CT)試験片を作製し、20300 ppb HOを561Kの高温水中へ注入した。粒界型SCC(IGSCC)がCT試験片のサイドグルーブ近傍にのみ観察された。予き裂の短縮により、IGSCCの領域はCT試験片の中央部まで拡大した。SSに及ぼすHOの影響は高レベルのHOに曝された表面近傍に強く現れた。HOの残存率の計算はき裂の両側から流れ込んだHOの影響がき裂開口部を通して流れ込んだそれらよりも明瞭であることを示した。
今井 卓*; 田口 健治*; 柏 達也*; 北澤 敏秀*; 加藤 良幸; 瀬川 智臣; 鈴木 政浩
電気学会論文誌,A, 133(5), p.271 - 272, 2013/05
日本における核燃料サイクルの一環として、使用済み核燃料から得られるウラン及びプルトニウムの混合硝酸溶液である再処理溶液からマイクロ波加熱によりMOX燃料(UO+PuO)が製造されている。本研究では、MOX燃料を製造するために硝酸Pu/U混合溶液を均一加熱することを目的として、マイクロ波オーブンキャビティにおけるキャビティ底部と脱硝容器の間のスペーサーの効果について調べた。TBR(Top-to-bottom ratio)値(溶液上面と底面における吸収電力比)を評価することにより、溶液の均一加熱に対してスペーサー装荷の有効性を示す結果が得られた。
加藤 良幸
Journal of Nuclear Science and Technology, 49(10), p.999 - 1009, 2012/10
被引用回数：2 パーセンタイル：17.8(Nuclear Science & Technology)FBR用簡素化MOX燃料ペレット製造プロセスにおけるマイクロ波脱硝MOX粉末の湿式造粒性能を調査した。3枚羽根の撹拌羽根とチョッパーを備えた撹拌造粒機を使用して評価した。粉末物性は、SEM観察,粒度分布及び粉末流動性で評価した。この結果、水分添加率が12.5-13.5wt%と狭帯域の条件ではあるが、数ミクロンの原料粉末が直径120-140
mの顆粒となり、粉末流動性が30未満であったものを73超えまでに改善でき、製品収率も90%超と良好な結果が得られた。焼結性能に大きな影響を与える比表面積は、低下させることなく原料粉末と同等であった。水分添加率が9wt%未満では、粉末流動性は原料粉末と変わらず、顆粒はみられなかった。この要因は、原料粉末中の毛細管(空間)に吸収されることによるものと追加実験の結果から推測された。水分添加率が14wt%超では、粉末流動性は飽和して変化しないが、製品収率が減少した。この狭帯域の水添加率と強い結合力は、顆粒形成を推測するペンデュラ状態とジョージ法の標準理論に基づき理解された。
中野 純一; 佐藤 智徳; 加藤 千明; 加治 芳行; 山本 正弘; 塚田 隆
Proceedings of 2012 Nuclear Plant Chemistry Conference (NPC 2012) (CD-ROM), 9 Pages, 2012/09
過酸化水素(HO)を含む高温水中でのステンレス鋼の腐食挙動は、Oのみを含むものと異なることが報告されている。HOの応力腐食割れ(SCC)に及ぼす影響を評価するため、HOを注入した高温水中でのSCC進展試験を行った。561K, 100ppb HOの環境では、粒界型SCC(IGSCC)が、CT試験片のサイドグルーブ近傍の領域に狭い範囲で認められた。しかしながら、453K, 100ppb HOの環境では、一様にSCCが進展し、CT試験片の板厚全体にIGSCCを示した。HOの熱分解が減少したため、SCC進展挙動に及ぼすHOの影響が低温でより強く示された。さらに、き裂内の環境状態を推定するため、CT試験片のき裂に形成した酸化皮膜の外層酸化物を調べ、熱力学平衡計算を行った。
山本 正弘; 加藤 千明; 佐藤 智徳; 中野 純一; 宇賀地 弘和; 塚田 隆; 加治 芳行; 辻川 茂男*; 服部 成雄*; 吉井 紹泰*; et al.
JAEA-Review 2012-007, 404 Pages, 2012/03
JAEA-Review-2012-007.pdf:36.72MB
我が国の軽水炉は運転開始から20年以上経過したものが多くを占め、経年劣化に対応した技術を確立して安全に運転していくことが望まれている。特にSCCについては、これまでに幾つかのトラブル事象が報告されており、対応技術やメカニズムに関する数多くの研究例がある。今回、それらをできるだけ広く集めて整理し、体系的にレビューした。具体的には、軽水炉に発生したSCC事例とその評価の現状、SCC発生・進展因子に関する評価法の研究と知見の現状、SCC・腐食環境のモニタリング技術の現状等について調査を行った。調査した結果は、炉型(BWR, PWR),材料(ステンレス鋼,Ni基合金)及びSCC評価法(ラボと実機)について、横断的かつ総合的に検討を行い、それらの共通点,相違点を理解しやすい図表として整理し、相対的な比較を行いやすいようにまとめた。これらの整理した結果を元に、今後検討すべき課題を抽出し、また実機において留意していくべき事象に関してまとめた。ラボ試験における加速条件の評価においては、最新の解析技術を駆使したミクロな解析と統計的な手法を含めた計算機的な予測やモデル化技術が今後重要になることを示した。また、実機の状況を運転中に把握し、SCCが顕在化する以前の兆候をモニタリングする手法の重要性を示し、今後実用化を含めた検討が必要であることを示した。
吉田 由香里*; 鈴木 義行*; Al-Jahdari, W. S.*; 浜田 信行*; 舟山 知夫; 白井 克幸*; 加藤 弘之*; 坂下 哲哉; 小林 泰彦; 中野 隆史*
Journal of Radiation Research, 53(1), p.87 - 92, 2012/02
被引用回数：8 パーセンタイル：41.9(Biology)To clarify the relative biological effectiveness (RBE) values of carbon ion (C) beams in normal brain tissues, a rat organotypic slice culture system was used. The cerebellum was dissected from 10-day-old Wistar rats, cut parasagittally into approximately 600-m-thick slices and cultivated using a membrane-based culture system with a liquid-air interface. Slices were irradiated with 140 kV X-rays and 18.3 MeV/amu C-beams (linear energy transfer = 108 keV/m). After irradiation, the slices were evaluated histopathologically using hematoxylin and eosin staining, and apoptosis was quantified using the TdT-mediated dUTP-biotin nick-end labeling (TUNEL) assay. Disorganization of the external granule cell layer (EGL) and apoptosis of the external granule cells (EGCs) were induced within 24 h after exposure to doses of more than 5 Gy from C-beams and X-rays. In the early postnatal cerebellum, morphological changes following exposure to C-beams were similar to those following exposure to X-rays. The RBEs values of C-beams using the EGL disorganization and the EGC TUNEL index endpoints ranged from 1.4 to 1.5. This system represents a useful model for assaying the biological effects of radiation on the brain, especially physiological and time-dependent phenomena.
須藤 勝夫; 高野 龍雄; 武内 健太郎; 木原 義之; 加藤 正人
Proceedings of International Conference on Toward and Over the Fukushima Daiichi Accident (GLOBAL 2011) (CD-ROM), 5 Pages, 2011/12
原子力機構では、高速増殖炉サイクルの実用化研究開発において、MOX燃料製造プロセスの合理化を目的に、簡素化ペレット法に関する技術開発を行っている。簡素化ペレット法については、実験室規模の試験によりその技術的成立性を確認している。簡素化ペレット法の枢要技術の1つにダイ潤滑成型技術があり、ここでは、実験室規模の試験の次のステップとして、kgスケールでの簡素化ペレット法によるMOXペレット製造試験を行う目的で、ダイ潤滑機構を組み込んだ成型機を開発したので、その概要を報告する。
高野 龍雄; 須藤 勝夫; 武内 健太郎; 木原 義之; 加藤 正人
Proceedings of International Conference on Toward and Over the Fukushima Daiichi Accident (GLOBAL 2011) (CD-ROM), 7 Pages, 2011/12
高速増殖炉サイクルの経済性を向上させるための重要な要求事項の一つに、MOX燃料の高燃焼度化が挙げられている。MOX燃料の高燃焼度化は燃料-被覆管の化学的相互作用(PCCI)を増大させるため、高燃焼度化を達成するにはPCCIの要因となる燃料ピン内の余剰酸素を抑制する必要がある。燃料ピン内の余剰酸素を抑制する方法として、MOXペレットの初期O/M比を下げる方法があり、O/M比1.97以下のMOXペレットの製造技術開発を進めている。MOXペレットのO/M比の調整技術は、FaCTプロジェクトにおいて実施している簡素化ペレット法の技術開発において、枢要技術の1つである。これまでのMOXペレットのO/M比の調整技術開発において、酸素ポテンシャル及び酸素相互拡散係数のデータを用いて理論的に熱処理中のO/M比の変化を推定する手法を開発した。これにより、目標とするO/M比のMOXペレットを得るための理論的な熱処理条件を設定することが可能となり、実験室規模(数百g)のMOXペレットO/M比調整試験を実施した結果、本手法による熱処理後のO/M比の推定値とほぼ一致することを確認している。ここでは、実験室規模の次のステップとして、小規模(数kg)で目標とするO/M比のMOXペレットを得ることを目的に実施した技術開発の結果について報告する。
