Standard guideline for the seismic response analysis method using three-dimensional finite element model of reactor buildings (Contract research) (Translated document)

崔 炳賢; 西田 明美; 川田 学; 塩見 忠彦; Li, Y.

JAEA-Research 2024-001, 206 Pages, 2024/03

JAEA-Research-2024-001.pdf:9.12MB

原子力発電施設における建物・構築物の地震応答解析においては、我が国では、従来より質点系モデルが用いられてきたが、近年の解析技術の発展により、立体的な建物を3次元的にモデル化し、建物の3次元挙動、建物材料の非線形性、建物及び地盤間の非線形性等を考慮した有限要素法による地震応答解析が実施されるようになってきた。3次元モデルによる有限要素解析(3次元FEM)は,複雑で高度な技術が用いられる一方、汎用性があるために広く利用され、原子力分野以外では構造物のモデル化、材料物性の非線形特性の信頼性を確保するためのガイドラインの策定や技術認定などがなされるようになってきた。原子力分野においては、IAEAにより平成19年(2007年)新潟県中越沖地震における質点系モデル、3次元FEMモデルによる観測記録の再現解析がKARISMAベンチマークプロジェクトとして実施され、複数の解析者の解析結果が報告された。その報告によると、解析者により解析結果にばらつきが大きいということが判明され、解析手法の標準化による解析結果の信頼性の確保が急務となっている。また、原子力発電施設の強非線形領域の現実的な挙動の評価が必要となる建物・構築物・機器のフラジリティ評価においても詳細な3次元挙動把握の必要性が指摘されている。こうした背景を踏まえ、原子炉建屋を対象とした地震応答解析に用いられる3次元FEMモデルの作成及び解析にあたって必要となる一般的・基本的な手法や考え方を取りまとめて標準的解析要領を整備した。これにより原子炉建屋の3次元FEMモデルによる地震応答解析手法の信頼性向上につながることが期待される。本標準的解析要領は、本文、解説、及び解析事例で構成されており、原子炉建屋3次元FEMモデルを用いた地震応答解析の実施手順、推奨事項、留意事項、技術的根拠等が含まれている。また、本標準的解析要領は、最新知見を反映し、適宜改訂する。

PANDORA Project for the study of photonuclear reactions below

民井 淳*; Pellegri, L.*; Sderstrm, P.-A.*; Allard, D.*; Goriely, S.*; 稲倉 恒法*; Khan, E.*; 木戸 英治*; 木村 真明*; Litvinova, E.*; et al.

European Physical Journal A, 59(9), p.208_1 - 208_21, 2023/09

https://doi.org/10.1140/epja/s10050-023-01081-w

光核反応は原子核構造の観点からも応用の観点からも重要であるにも関わらず、その反応断面積は未だに不定性が大きい。近年、超高エネルギー宇宙線の起源を探るために、鉄よりも軽い原子核の光核反応断面積を正確に知る必要が指摘されている。この状況を打破するため、原子核物理の実験、理論、宇宙物理の共同研究となるPANDORAプロジェクトが始まった。本論文はその計画の概要をまとめたものである。原子核実験ではRCNP、iThembaによる仮想光子実験とELI-NPによる実光子実験などが計画されている。原子核理論では、乱雑位相近似計算、相対論的平均場理論、反対称化分子動力学、大規模殻模型計算などが計画されている。これらで得られた信頼性の高い光核反応データベースと宇宙線伝搬コードを組み合わせ、超高エネルギー宇宙線の起源の解明に挑む。

Analytical study for low ground contact ratio of buildings due to the basemat uplift using a three-dimensional finite element model

崔 炳賢; 西田 明美; 塩見 忠彦; 川田 学; Li, Y.; 太田 成*; 園部 秀明*; 猪野 晋*; 宇賀田 健*

Mechanical Engineering Journal (Internet), 10(4), p.23-00026_1 - 23-00026_11, 2023/08

https://doi.org/10.1299/mej.23-00026

原子力施設における建物の耐震評価において、地震時の転倒モーメントによって建物の基礎底面が地盤から部分的に浮上る現象は、建物自体の耐力や構造安全性に関わる問題だけではなく、建物内に設置される機器類の応答に影響を及ぼすため、非常に重要な問題である。一方、建物の基礎浮上りによる基礎底面と地盤との間の接地率が小さくなる場合の建物の地震時挙動については、実験や解析的検討が十分とはいいがたい。そこで、本研究では、建物の基礎浮上りに係る既往実験を対象とし、3次元詳細解析モデルを用いたシミュレーション解析を行い、解析手法の妥当性について確認した。解析コードによる結果の違いを確認するために、3つの解析コード(E-FrontISTR, FINAS/STAR, TDAPIII)を用いて同じ条件で解析を実施し、得られた結果を比較した。解析結果については、低接地率状態となる試験体底面の付着力の違いによる建物の応答への影響、解析手法の精度等について考察した。また、建物の応答に係る解析結果への影響が大きいと判断された解析パラメータについては、感度解析により解析結果への影響を具体的に確認した。本論文では、これらの検討を通して得られた知見について述べる。

neutron diffraction study on the deformation behavior of the plastic inorganic semiconductor AgS

Wang, Y.*; Gong, W.; 川崎 卓郎; Harjo, S.; Zhang, K.*; Zhang, Z. D.*; Li, B.*

Applied Physics Letters, 123(1), p.011903_1 - 011903_6, 2023/07

https://doi.org/10.1063/5.0158607

Bulk AgS is a plastic inorganic semiconductor at room temperature. It exhibits a compressive strain greater than 50%, which is highly different from brittle conventional counterparts, such as silicon. Here, we present the experimental investigation of the deformation behavior in a plastic inorganic semiconductor AgS using neutron diffraction during compressive deformation at room and elevated temperatures. At room temperature, the lattice strain partitioning among -orientated grain families could be responsible for the significant work-hardening behavior in the bulk AgS with a monoclinic structure. The rapid accumulation of lattice defects and remarkable development of the deformation texture suggest that dislocation slip promotes plasticity. At 453 K, a monoclinic phase transforms into a body-centered cubic phase. A stress plateau appears at -4.8 MPa, followed by a rehardening state. The deformation mode of bulk AgS at the initial stage is likely attributable to the migration of silver ions, and as strain increases, it is closer to that of room temperature, leading to rehardening.

Outcomes of WPEC SG47 on "Use of Shielding Integral Benchmark Archive and Database for Nuclear Data Validation"

Kodeli, I. A.*; Fleming, M.*; Cabellos, O.*; Leal, L.*; Celik, Y.*; Ding, Y.*; Jansky, B.*; Neudecker, D.*; Novak, E.*; Simakov, S.*; et al.

EPJ Web of Conferences, 284, p.15002_1 - 15002_8, 2023/05

https://doi.org/10.1051/epjconf/202328415002

経済協力開発機構原子力機関(OECD/NEA)において、放射線遮蔽積分ベンチマークアーカイブ及びデータベース(SINBAD)の利用促進とSINBAD評価活動への還元を目的として、国際核データ評価協力サブグループ47(WPEC SG47)「核データ検証のためのSINBADの利用」が2019年6月に立ち上がった。SINBADでは、核データ及び放射線輸送計算コードの検証と開発におけるニーズに合致した実験データベースの評価と保存を進めている。その中で、WPEC SG47の活動においては、SINBAD評価活動における核データの感度解析の利用、実験体系を再現する形状、放射線源、材料等のCAD情報のSINBADへの格納、OECD/NEAのソフトウェアGitLabを利用した様々な放射線輸送計算コードの入力ファイルの共有等について議論や提案が進められている。この活動中に約8例のベンチマーク実験データが核データの検証に利用され、今後、高崎量子応用研究所イオン照射研究施設(TIARA)で実施された中性子遮蔽実験を含む様々な実験データも核データの検証で利用される予定である。本発表では、WPEC SG47の活動の他、SINBADの核データ評価への利用例と評価活動計画について紹介する。

Short-range spin order in paramagnetic AgCrSe

中村 惇平*; 川北 至信; 岡部 博孝*; Li, B.*; 下村 浩一郎*; 末益 崇*

Journal of Physics and Chemistry of Solids, 175, p.111199_1 - 111199_8, 2023/04

https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2022.111199

Muon spin rotation (SR) experiments were performed to directly investigate the temperature dependence of the short-range order or correlations of chromium spins in the paramagnetic phase of AgCrSe. The detailed investigation of the SR spectra over a wide temperature range from low to high temperatures revealed that the short-range spin correlations developed below about 184 K. It also confirmed no short-range correlations at high temperatures, which had been controversial in previous quasi-elastic neutron scattering studies. In addition, the muon spin relaxation was qualitatively changed and showed large missing asymmetry below about 89 K, where the correlation clearly implied short-range spin order. There could be a preparative phenomenon of the phase transition or an anisotropic short-range spin correlation.

Construction of large-scale observation system for improvement of three-dimensional seismic analysis method for nuclear buildings

西田 明美; 川田 学; 崔 炳賢; 飯垣 和彦; 塩見 忠彦; Li, Y.

Proceedings of 2023 International Congress on Advanced in Nuclear Power Plants (ICAPP 2023) (Internet), 10 Pages, 2023/04

地震を起因とした確率論的リスク評価(地震PRA)に資するため、原子力規制庁との共同研究の一環として、観測データを活用した原子力建屋の三次元耐震解析手法の精度向上を目的とする研究開発に取り組んでいる。本研究では、自然地震と人工波による多地点同時観測が可能な大規模観測システムを構築した。観測システムの加速度計は、原子力建屋の地盤や建屋の床及び壁に設置されている。本論文では、大規模観測システムの概要及び本システムにより観測されたデータの分析から得られた知見について報告する。

Large collectivity in Ne at the boundary of the island of inversion

Revel, A.*; Wu, J.*; 岩崎 弘典*; Ash, J.*; Bazin, D.*; Brown, B. A.*; Chen, J.*; Elder, R.*; Farris, P.*; Gade, A.*; et al.

Physics Letters B, 838, p.137704_1 - 137704_7, 2023/03

https://doi.org/10.1016/j.physletb.2023.137704

中性子数20近傍の中性子過剰核は、魔法数20が消滅して原子核が大きく変形していることが知られており、その魔法数が消滅する領域は逆転の島と呼ばれている。Neは中性子数19で逆転の島の境界線上に位置するとされてきたが、その変形度は不明だった。ミシガン州立大学の国立サイクロトロン研究所にてNeのクーロン励起反応実験を行った結果、931keVの励起状態への値が163fmと大きな値となり、大きく変形していることが確かめられた。この実験結果をよく使われているいくつかの殻模型計算と比較したところ、大きな値は概ね再現するものの、励起エネルギーの一致は不十分であり、理論の改善が必要であるとわかった。

Si-addition contributes to overcoming the strength-ductility trade-off in high-entropy alloys

Wei, D.*; Gong, W.; 都留 智仁; Lobzenko, I.; Li, X.*; Harjo, S.; 川崎 卓郎; Do, H.-S.*; Bae, J. W.*; Wagner, C.*; et al.

International Journal of Plasticity, 159, p.103443_1 - 103443_18, 2022/12

https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2022.103443

Face-centered cubic single-phase high-entropy alloys (HEAs) containing multi-principal transition metals have attracted significant attention, exhibiting an unprecedented combination of strength and ductility owing to their low stacking fault energy (SFE) and large misfit parameter that creates severe local lattice distortion. Increasing both strength and ductility further is challenging. In the present study, we demonstrate via meticulous experiments that the CoCrFeNi HEA with the addition of the substitutional metalloid Si can retain a single-phase FCC structure while its yield strength (up to 65%), ultimate strength (up to 34%), and ductility (up to 15%) are simultaneously increased, owing to a synthetical effect of the enhanced solid solution strengthening and a reduced SFE. The dislocation behaviors and plastic deformation mechanisms were tuned by the addition of Si, which improves the strain hardening and tensile ductility. The present study provides new strategies for enhancing HEA performance by targeted metalloid additions.

New isomers in Cf

Orlandi, R.; 牧井 宏之; 西尾 勝久; 廣瀬 健太郎; 浅井 雅人; 塚田 和明; 佐藤 哲也; 伊藤 由太; 洲嵜 ふみ; 永目 諭一郎*; et al.

Physical Review C, 106(6), p.064301_1 - 064301_11, 2022/12

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.106.064301

The nuclear structure of Cf produced by the O+Cf multinucleon transfer reaction was investigated using -ray spectroscopy. Analysis of the -ray spectrum of Cf revealed the presence of multiple long-lived (isomeric) excited states at low excitation energies. The energies and half-lives of the isomers contain information on the proton and neutron orbits in the heavy-element region and the deformation of atomic nuclei, and are important data to predict the properties of nuclei in the "island of stability".