The Development of a Multiphysics Coupled Solver for Studying the Effect of Dynamic Heterogeneous Configuration on Particulate Debris Bed Criticality and Cooling Characteristics

Li, C.-Y.; Wang, K.*; 内堀 昭寛; 岡野 靖; Pellegrini, M.*; Erkan, N.*; 高田 孝*; 岡本 孝司*

Applied Sciences (Internet), 13(13), p.7705_1 - 7705_29, 2023/07

https://doi.org/10.3390/app13137705

For a sodium-cooled fast reactor, the capability for stable cooling and avoiding re-criticality on the debris bed is essential for achieving in-vessel retention when severe accidents occur. However, an unexploited uncertainty still existed regarding the compound effect of the heterogeneous configuration and dynamic particle redistribution for the debris bed's criticality and cooling safety assessment. Therefore, this research aims to develop a numerical tool for investigating the effects of the different transformations of the heterogeneous configurations on the debris bed's criticality/cooling assessment. Based on the newly proposed methodology in this research, via integrating the Discrete Element Method (DEM) with Computational Fluid Dynamics (CFD) and Monte-Carlo-based Neutronics (MCN), the coupled CFD-DEM-MCN solver was constructed with the originally created interface to integrate two existing codes. The effects of the different bed configurations' transformations on the bed safety assessments were also quantitively confirmed, indicating that the effect of the particle-centralized fissile material had the dominant negative effect on the safety margin of avoiding re-criticality and particle re-melting accidents and had a more evident impact than the net bed-centralized effect. This coupled solver can serve to further assess the debris bed's safety via a multi-physics simulation approach, leading to safer SFR design concepts.

Analyses of *(10) dose rates measured in environment contaminated by radioactive caesium; Correction of directional dependence of scintillation detectors

津田 修一; 谷垣 実*; 吉田 忠義; 奥村 良*; 斎藤 公明

Radiation Protection Dosimetry, 193(3-4), p.228 - 236, 2021/03

AA2020-0760.pdf:0.87MB

https://doi.org/10.1093/rpd/ncab060

東京電力福島第一発電所事故後、環境中の線量率測定には、様々な形状の結晶形状を有する測定器が用いられている。土壌に残留するセシウムからの光子は様々な方向から測定器に入射するが、使用される測定器は必ずしも方向特性に優れているとは限らず、その結果、同一の場所で測定したとしても、使用する測定器によって線量率指示値が異なる場合がある。そこで、線量率指示値に対する結晶形状の影響を調べるために、種々の測定器を用いて、環境中における周辺線量当量率の相互比較を行った。各測定器で波高分布データを測定し、スペクトル-線量変換演算子(G(E)関数)を掛け合わせて線量率を算出した結果、線量率は約25%の範囲でばらつくことがわかった。各測定器の方向依存性を低減するために、環境中の光子入射方向に近い回転照射条件におけるG(E)関数を用いて再評価した結果、線量率は不確かさの範囲内で一致したが、極度に扁平な形状をした測定器については例外で、その強い方向依存性を十分補正できなかった。この結果から、回転照射条件で算出したG(E)関数を用いる手法はあらゆる形状の測定器に対して適用できるわけではなく、環境中の線量率測定には、方向特性の優れた測定器を用いる必要があることが実験的に示された。

The Origin of beam non-uniformity in a large Cs-seeded negative ion source

花田 磨砂也; 関 孝義*; 高戸 直之; 井上 多加志; 水野 貴敏*; 畑山 明聖*; 柏木 美恵子; 坂本 慶司; 谷口 正樹; 渡邊 和弘

Nuclear Fusion, 46(6), p.S318 - S323, 2006/06

https://doi.org/10.1088/0029-5515/46/6/S13

セシウム添加方式体積生成型負イオン源のビーム非一様性の原因について実験的に調べた。ビーム強度分布とプラズマ密度分布の相関を調べた結果、負イオン強度はプラズマが集中している領域において高かった。プラズマが集中している領域においては、負イオンの素となるプロトンばかりでなく、水素原子の密度も局所的に高かったと考えられる。さらに、フィラメントから放出する1次電子の軌道を計算した結果、プラズマの集中は、フィラメントから放出した1次電子が、フィラメント近傍の磁場によって、BxBドリフトするためであることがわかった。ビーム非一様性の原因である高速1次電子のBxBドリフトを抑制するために、フィラメントの形状を変更した。その結果、ビーム強度の平均値からの偏差は、変更前の半分に減少しており、ビーム一様性を大幅に改善した。

Proton-neutron configurations in Am and its EC-decay daughter Pu

浅井 雅人; 阪間 稔*; 塚田 和明; 市川 進一; 羽場 宏光*; 西中 一朗; 永目 諭一郎; 後藤 真一*; 小島 康明*; 大浦 泰嗣*; et al.

European Physical Journal A, 23(3), p.395 - 400, 2005/02

https://doi.org/10.1140/epja/i2004-10096-6

線核分光の手法によりAmのEC崩壊を研究した。Amには半減期3.6分と2.9分の2つの核異性体があることがわかった。娘核Puの励起準位を構築し、の8重極振動バンドと2準粒子状態を同定した。2準粒子状態のうちの1つは半減期1.2秒のKアイソマーであった。AmからPuの2準粒子状態へのEC遷移は=4.8-5.3という小さい値を示し、この事実からAmと2準粒子状態の陽子-中性子配位を決定した。

Three-dimensional computations of two-phase flow behavior in a simulated fusion reactor under water ingress

高瀬 和之; 小瀬 裕男*; 秋本 肇

Proceedings of the 1st International Symposium on Advanced Fluid Information (AFI-2001), p.227 - 232, 2001/10

核融合実験炉ITERの構成要素を約1/1600で模擬した試験装置を使って、冷却材侵入事象(ICE)下における沸騰二相流挙動を定量的に調べた、また、安全性評価解析コードTRAC-PF1を使って試験結果の検証計算を行い、プラズマチャンバー(PC)や真空容器(VV)に侵入した水の流動挙動を3次元的に把握した。本研究により次の成果を得た。(1)サプレッションタンク,リリーフ配管,ドレンタンク等から成るITER圧力抑制システムは圧力上昇の抑制に非常に有効であり、ITER圧力抑制システムの設計は妥当である。(2)圧力の上昇はPCやVVの内壁温度よりも侵入水温度の影響を強く受ける。(3)圧力抑制システムによる圧力上昇の抑制はリリーフ配管の断面積に依存する。(4)PC内に侵入した水の大部分はPCとサプレッションタンクの圧力が均圧するまでPC内に停滞する。その後PCの水はVVに停滞し、最終的にドレンタンクに移動する。(5)水浸入後300秒程度までの時間帯では、PC内の平均熱伝達率は水侵入とともに増大し水侵入終了時に最高値約1300W/mKを示し、その後は低下する。VVの平均熱伝達率は最高でも150W/mK程度である。一方、PC底部に位置するダイバータ部の平均熱伝達率は水侵入終了時から顕著に上昇し300秒時に約1500W/mKを示す。

Temperature dependence of radiation effects on polymers

田畑 米穂*; 大島 明博

Macromolecular Symposia, 143, p.337 - 358, 1999/08

https://doi.org/10.1002/masy.19991430125

World Polymer Congress (MACRO 98) において講演したものを論文としてまとめたものである。炭化水素系及び炭化フッ素系高分子材料に対する放射線効果の温度依存性を調べまとめた。放射線効果は、温度の影響を受け、その原因を高分子鎖の分子運動の違いによるモルフォロジーの変化によるものと結論した。また、コンフォメーション及びコンフィギュレーションの違いによっても、放射線効果は異なることを明らかにした。

Potential energies for the two lowest A' electronic states of H

市原 晃; 横山 啓一; 岩本 修

JAERI-Data/Code 98-031, 18 Pages, 1998/11

JAERI-Data-Code-98-031.pdf:0.89MB

基底及び第一電子励起A'状態におけるHのポテンシャルエネルギーを701の異なる空間構造に対して計算し、その結果を表にまとめた。これらのポテンシャルエネルギーは、[8s6p2d1f]ガウス型基底関数を用いた、非経験的分子軌道論に基づく完全な配置間相互作用法により計算された。ポテンシャルの計算値を内挿することにより、二つのポテンシャル面間のavoided crossingや基底状態ポテンシャル面のエネルギー極小値付近の形状を表現することが可能である。ポテンシャルエネルギーは三つの核間距離の関数として0.6から10.0ボーアの範囲内で与えられており、H+H衝突に関する分子動力学の研究に適している。

負磁気シア配位における抵抗性磁気流体力学安定性の漸近接続理論,2; Newcomb方程式の大域解

徳田 伸二; 渡邉 朋子*

JAERI-Research 97-034, 53 Pages, 1997/05

JAERI-Research-97-034.pdf:1.49MB

2枚の有理面に挟まれた外部領域におけるNewcomb方程式の大域解及び接続データの数値計算法を述べる。この接続データから各有理面のまわりの内部層方程式に対する境界条件が決定され、境界条件自身は22行列(境界行列)で表される。大域解の変更(すなわち、解のうち無限エネルギー部分の変更)にともなう接続データの変換則を導き、境界行列の不変性を示した。また、テスト計算により、この数値計算法の妥当性を検証した。

MCVIEW2: A Radiation view factor computer program for three dimensional geometries using Monte Carlo method

幾島 毅

JAERI-Data/Code 95-001, 62 Pages, 1995/03

JAERI-Data-Code-95-001.pdf:1.22MB

モンテカルロ法による3次元形態係数計算プログラムMCVIEW2は、MCVIEWの改良版として作成された。主要な改良は次の通りである。(1)計算機の種類に関係なく使用できるようにするため、乱数の計算方法をアセンブラー言語からフォートラン言語に変更した。(2)入力データのチェックを容易にするため、入力データ方式を、フリーフォマットから固定フォマットに変更した。本報告書は、モンテカルロ法による形態係数の計算方法を簡単に説明するとともに、他の計算方法である面積積分法、線積分法、クロスストリング法と比較検討した。さらに、MCVIEW2の使用にために、入力データ、出力データについても説明している。

Configuration of interstitial-oversized-solute complexes in an FCC metal

高村 三郎; 有賀 武夫; 小桧山 守*; 仲田 清智*

Journal of Physics; Condensed Matter, 1, p.4519 - 4526, 1989/00

https://doi.org/10.1088/0953-8984/1/28/003

分子動力学計算によって、照射によって生成した格子間原子と溶質原子の原子サイズが溶媒原子のそれより大きいオーバーサイズの溶質原子との複合体について調べた。原子間ポテンシャルとして、よく使われるモースポテンシャルを用いたが、複合体の構造はAl合金の内部摩擦実験結果とは不一致であった。原子間ポテンシャルをいくつか変えて計算を進め、実験結果と符合する構造を求めることが出来た。