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論文

Impact of using JENDL-5 on neutronics analysis of transmutation systems

菅原隆徳; 国枝賢

Proceedings of International Conference on Mathematics and Computational Methods Applied to Nuclear Science and Engineering (M&C 2023) (Internet), 7 Pages, 2023/08

本研究は、核データライブラリをJENDL-4からJENDL-5に変えることによる核変換システムの核解析への影響を検討した。核変換システムとして、JAEAが検討している鉛ビスマス冷却型加速器駆動システム(ADS)と溶融塩塩化物ADSであるMARDSを対象とした。JAEA-ADSの解析では、JENDL-4からJENDL-5に変更することで、実効増倍率が189pcm増加した。様々な核種の改訂が影響していたが、例えば $^{15}$ Nに着目した場合、その弾性散乱断面積や弾性散乱微分断面積の改訂が大きな影響を与えていた。MARDSに関しては、 $^{35}$ Clおよび $^{37}$ Clの断面積改訂が、実効増倍率の大きな違いの原因となっていた。例えば、天然の塩素組成を用いた場合、JENDL-5に変更することで3819pcm実効増倍率が増加した。本研究を通じて、核変換システムの解析結果は、核データライブラリの違いによって、未だに大きな違いが生じることを示した。

論文

多様な原子燃料の概念と基礎設計,5; 高温ガス炉と溶融塩炉の燃料

植田祥平; 佐々木孔英; 有田裕二*

日本原子力学会誌ATOMO, 63(8), p.615 - 620, 2021/08

https://doi.org/10.3327/jaesjb.63.8_615

日本原子力学会誌の連載講座「多様な原子燃料の概念と基礎設計」の第5回として「高温ガス炉と溶融塩炉の燃料」の題目で解説を行う。高温ガス炉の燃料である被覆燃料粒子は、高温ガス炉の高温の熱供給や優れた固有の安全性を支える鍵となる技術の一つである。本稿では高温ガス炉燃料の設計,製造技術,照射性能,実用化並びに高度化開発について述べる。一方、溶融塩炉で用いる溶融塩燃料は燃料自体が液体という特殊なものである。安全性や事故時の環境への影響など優れた性能が期待されているが、まだまだ明らかにすべき課題も多い。その現状について概説する。

論文

Neutronics design for molten salt accelerator-driven system as TRU burner

菅原隆徳

Annals of Nuclear Energy, 149, p.107818_1 - 107818_7, 2020/12

https://doi.org/10.1016/j.anucene.2020.107818

被引用回数：2 パーセンタイル：23.63(Nuclear Science & Technology)

余剰プルトニウムの扱いは、日本における原子力利用の最重要課題の一つである。本研究では、この課題に取り組むため、超ウラン元素(TRU)核種の核変換をするための溶融塩加速器駆動システム(ADS)の検討を行った。MARDS(Molten salt Accelerator Driven System)と名付けられたこの概念は、硬いスペクトルを実現するため、鉛塩化物とTRU塩化物の混合物を燃料塩として用いる。この燃料塩は核破砕ターゲットとして用いられ、専用のターゲットを必要としない。さらに、ビーム窓が燃料塩と接しない設計にすることで、ADS検討で最も困難なビーム窓設計の設計条件を大きく緩和する。本研究では、この概念について核設計を行い、400MW熱出力、800MeV-7mA陽子ビームを用いることで、約4400kg/40年のプルトニウムを核変換できることを示した。この概念では、加速器としてLINACに代わり円形加速器を用いることができ、従来のJAEA-ADSに比べてより柔軟な設計が可能となる。

論文

Development of simple method to incorporate out-of-core cooling effect on thorium conversion in multi-pass fueled reactor and investigation on characteristics of the effect

深谷裕司

Annals of Nuclear Energy, 81, p.301 - 305, 2015/07

https://doi.org/10.1016/j.anucene.2015.03.005

被引用回数：1 パーセンタイル：9.71(Nuclear Science & Technology)

多重燃料装荷炉心におけるトリウム転換に対する炉外冷却効果を考慮するための簡易手法と炉外冷却効果の特性の研究を行った。溶融塩増殖炉やぺブルベット高温ガス炉のような多重燃料装荷炉心では、燃料は炉内を移動し炉外へ排出される。炉外滞在時には核種の減衰が起こるため、その特性が顕著な場合は考慮される必要がある。本研究ではトリウム転換を正確に評価するため $^{233}$ Paの炉外冷却を考慮する。本研究では、この効果を考慮するために、炉外冷却の模擬を行わなくても炉外冷却時と同等の $^{233}$ Paの平衡濃度を実現できる実効崩壊定数を提案する。この実効崩壊定数により、炉外冷却の効果がセル燃焼計算により生成されるマクロ断面積を用いるコードシステムでも、システムの変更を一切行うことなく考慮することができる。また、トリウム転換に対する炉外冷却効果の特性を溶融塩増殖炉とぺブルベット高温ガス炉について検討した。その結果、炉内の燃料塩流速の早い溶融塩増殖炉の転換性能の向上には適している一方で、炉内滞在期間が100日程度であり、 $^{233}$ Paの半減期の27日よりも長いぺブルベット高温ガス炉ではその効果は顕著ではなく、転換比の劇的な改善につながらないことがわかった。

論文

Thermofluid analysis of free surface liquid divertor in tokamak fusion reactor

栗原良一

Fusion Engineering and Design, 61-62, p.209 - 216, 2002/11

https://doi.org/10.1016/S0920-3796(02)00171-0

被引用回数：4 パーセンタイル：29.2(Nuclear Science & Technology)

高い核融合出力を達成するために、ダイバータは10MW/m $^{2}$ 以上の高熱流束に耐えなければならない。20MW/m $^{2}$ 以下の熱流束であれば、タングステンを構造材とした固体壁ダイバータでも除熱可能である。しかし、固体壁ダイバータでは、熱応力のような厳しい機械力学的状態の観点から、20MW/m $^{2}$ を超える高熱流束を除去するのは極めて困難である。そのため、固体壁上を流れる液膜により熱を除去する液体ダイバータ概念がオプションとして検討されている。本論文は、液体材料としてFLiBe溶融塩を採用した場合に、高熱流束を受ける自由表面液体の熱流動解析について記述した。有限要素法解析コードADINA-Fにより、45度傾けたSiC/SiC複合材第一壁上をFLiBeが厚さ10mm,初速度0.5m/s,初期温度600 $^{circ}C$ で流入するとして計算した。流体の上部表面には、熱流束として25~100MW/m $^{2}$ を与えた。液膜内に水車などを設置して二次流れを生じさせることにより伝熱の向上可能性を評価するため、二次流れの効果を等価熱伝導率10kW/mKで模擬した。解析結果から、二次流れを生じさせることにより3~4倍伝熱特性が改善し、100MW/m $^{2}$ の熱流束も除熱可能であることがわかった。さらに、液体ダイバータとして固液混相流を使用することで固相の融解熱を利用した熱除去可能性を検討した。

報告書

溶融塩系の核分裂燃焼に伴う化学反応性の解析

小川徹

JAERI-M 92-210, 92 Pages, 1993/01

JAERI-M-92-210.pdf:1.81MB

LiF-BeF $_{2}$ -ThF $_{4}$ -UF $_{4}$ 溶融塩、(TRU)Cl $_{3}$ -NaCl溶融塩(TRU:超ウラン元素)の核分裂燃焼に伴う化学反応性について、自由エネルギー最小化法を用いた熱力学的解析を行った。フッ化物溶融塩についての解析結果は米国における溶融塩実験炉(MSRE)の運転経験、特に、一次系内のFP分布測定結果、ハステロイN合金の腐食反応に関する知見を良く再現した。しかし、従来看過されてきた問題として、一次系内でのU-Pd合金粒子の沈澱形成の可能性を見出した。TRU塩化物溶融塩系についての解析結果は、(1)PdTe粒子が蓄積してTe源として作用し続け、構造材合金の腐食をもたらす可能性、(2)NP-Pu-Pd合金粒子の沈澱形成の可能性、(3)フッ化物溶融塩系にはない原子価調整の困難性、(4)溶融塩から蒸発したZrCl $_{4}$ が排気系内で凝縮する可能性、を示すものであった。

論文

理論に支えられた溶融塩技術,続; イオン性液体構造模型・地球マントル・核融合炉・加速器溶融塩増殖炉など

古川和男

金属物理セミナー, 6(1), p.11 - 23, 1983/00

溶融塩技術の基礎に関する研究およびその応用の現状に関して、サロン様に解説したものである。同名の解説を1977年に、さらに特に「イオン性液体構造」に関して書いたのを受けて、古川が21年前に提示した「可変形イオン模型」がようやく理解されるようになったことを示し、「実験事実」に対する警告の正しかったことを示した。前に示したLi-Na-Be-FによるMg-Ca-Si-O融体のシミュレーションは一層の保証をえて、地球マントル研究への応用が考えられつつある事を述べた。新しく提案を行った加速器溶融塩増殖炉の概要と、協力を望む研究課題を紹介した。この仕事はまた慣性閉込め核融合ハイブリッド溶融塩炉へと将来発展しうることも示した。これらはまた、科学が技術への応用と密接に関連することによって、活発かつ健全な発展をするものであることを例示したものでもある。

論文

加速器溶融塩増殖炉の炉化学的考察

古川和男; 加藤義夫; 大野英雄; 大道敏彦

日本化学会誌, (6), p.1092 - 1099, 1982/00

溶融弗化物は単層で、核反応媒体・熱媒体および化学処理媒体を兼ねることができる。この特長を利用して、例えば、 $^{7}$ LiF-BeF $_{2}$ -ThF $_{4}$ 塩をターゲットおよびブランケットとする加速器溶融塩増殖炉AMSBが提案されたが、ここではその炉化学的考察を詳細に行ったものである。標準式AMSBは核反応により生ずる廃棄物の量および濃度が充分小さく、化学的に充分処理できるであろう。さらにこれに0.3~0.8mol%の $^{2}$ $^{3}$ $^{3}$ OF $_{4}$ を加えた変利得式AMSBにおいても、廃棄物の増加は僅かであって、設計可能と考えられる。しかも、これは直接溶融塩発電炉MSCRにターゲット塩を供給使用できるような、燃料サイクルを構成できるであろう。これにより、単純かつ合理的なトリウムエネルギー利用体系が構成できるであろう。

論文

Nuclear characteristics of molten-salt-cooled D-D fusion reactor blankets

中尾安幸*; 中島秀紀*; 大田正男*; 古川和男

Journal of Nuclear Science and Technology, 15(1), p.76 - 78, 1978/01

https://doi.org/10.3327/jnst.15.76

被引用回数：1

溶融塩冷却DD核融合炉ブランケットの核特性に関して、液体金属冷却およびガス冷却固体ブランケット構想と比較しつつ解析を行った。少しも核加熱および遮蔽の点から見て、すでに提案されていたNaよりは優れ、固体ブランケットと同程度と思われる。したがって、溶融塩利用を一層検討してみる価値があると考える。

論文

溶融塩の原子力利用における問題点と将来の展望

古川和男

日本金属学会報, 16(10), p.675 - 680, 1977/10

溶融塩技術の一般的特色と共に、核化学反応工学における溶融塩利用の独自な役割りの万能性を指摘した。具体的な応用としては、溶融塩増殖炉、非増殖転換炉、Pu消滅処理炉、トリチウム生産炉、核融合炉ブランケット、アクチノイド消滅炉などの構想を示した。最後に、開発促進上必要な技術的問題点を4項目に分けて解説した。

論文

LiF-BeF $_{2}$ (Flibe)系溶融塩とその応用; 溶融スラグ、溶融塩増殖炉、核融合炉など

古川和男; 大野英雄

材料科学, 14(6), p.302 - 309, 1977/06

溶融塩技術は近年着実な発展をとげつつあるが、中でもLiF-BeF $_{2}$ 形を中心とするFlibe技術は、特に興味ある位置を占めている。したがって、この系の基本的な構造および物性値について紹介しつつ、またその広い応用面の解説をも行ったものである。その構造、物性の理解には、それが融体でMgO-SiO $_{2}$ と定量的に相応状態を形成することを利用すると有効である。これは、今後より深い溶融スラグの研究に、Flibeが大いに役立つことを意味する。また、溶融塩増殖炉の燃料媒体としての応用は、その優れた実用性から一層注目されてきている。されにそれは、トリチウム生産炉、アクチノイド溶融塩高速炉、およびDT核融合炉ブランケット工学へと広く関連しており、基礎研究と応用研究の多角的相関を示す良い例といえよう。これらを契機として、一層溶融塩技術が成熟してゆくことが期待される。

論文

理論に支えられた溶融塩技術; Th増殖炉、アクチノイド高速炉、核融合炉、溶融スラグ・ガラス構造そして飛行船

古川和男

金属物理セミナー, 2(3), p.177 - 184, 1977/03

溶融塩技術は、液体金属技術と比べても材料共存性、科学的安定性などのほかに、その特性が古典的理論でよく推測できるところに大きな利点をもっているといえるであろう。また、その応用例として、すでに知られているMSBRのほかに、新しく考えているものとして、Acinoide専焼炉としての溶融塩高速炉の提案、トリチウム生産炉としての改造MSBR、核融合炉ブランケットへの応用、LiF-BeF $_{2}$ 系溶融塩の溶融珪酸塩構造・物性研究への応用、そして、飛行船用エンジンとしての利用などを語ってある。

論文

Phase diagrams in the pseudobinary systems of Li $_{2}$ BeF $_{4}$ , alkali fluoroborates and alkali fluorides

大野英雄; 古川和男

Journal of Nuclear Materials, 64(1-2), p.37 - 43, 1977/02

https://doi.org/10.1016/0022-3115(77)90005-8

Li $_{2}$ BeF $_{4}$ -NaBF $_{4}$ ,Li $_{2}$ BeF $_{4}$ -KBF $_{4}$ ,NaBF $_{4}$ -LiBF $_{4}$ ,NaI-LiI,NaBF $_{4}$ -LiFおよびNaBF $_{4}$ -KF系状態図を熱分析およびX線解析により求めた。Li $_{2}$ BeF $_{4}$ ,Li $_{2}$ BeF $_{4}$ -KBF $_{4}$ およびNaBF $_{4}$ -LiF系状態図においては、2液相分離が見出された。Li $_{2}$ BeF $_{4}$ の溶解度は溶融KBF $_{4}$ 中へより、溶融NaBF $_{4}$ 中への方が大きい。これは後者の方が前者よりカチオン半径の差が小さいためであろう。溶融NaBF $_{4}$ 中へのLiF溶解度は、500 $^{circ}$ Cで約1mol%であり、溶融KBF $_{4}$ 中への溶解度より大きい。BF $_{4}$ $^{-}$ イオンおよびI $^{-}$ イオンを含む状態図間(RF-R'BF $_{4}$ 系状態図とRF-R'I系状態図:R,R'=Li,Na,K)には、非常によい類似性が見出されたが、これはBF $_{4}$ $^{-}$ イオンとI $^{-}$ イオンのイオン半径が、ほぼ同じ大きさであることによるであろう。

論文

溶融塩増殖炉への期待

古川和男

原子力工業, 20(10), p.35 - 47, 1974/10

http://ci.nii.ac.jp/naid/40017723236

一流体型溶融塩増殖発電炉の設計研究および開発計画が、約1年前にORNLと米MSGroupの共同により完成した。その概要をできるだけ包括的な形で紹介したものである。内容としては炉の構成、特徴、液体燃料について、材料、黒鉛、二次系塩、保守対策、再処理、安全問題、開発計画、その方式、日本における技術的基盤などである。Weinbergは、MSBRはLMFBRに対する $^{i}$ nsurance $^{(}$ 保険・保証)として生かすべきと述べている。

論文

溶融塩炉開発の現状と将来

古川和男; 安川茂; 大野英雄; 大道敏彦; 加藤義夫

日本原子力学会誌, 16(5), p.249 - 273, 1974/05

https://doi.org/10.3327/jaesj.16.249

溶融塩増殖炉開発の歴史は、1947年より25年間以上におよび一貫してORNLで進められているものであり、原子力開発史の中でも最も魅力的な一頁を成すものであろう。溶融LiF-BeF $_{2}$ -ThF $_{4}$ -OF $_{3}$ 系塩を燃料として使用するこの炉の開発の歴史の概要、および特徴とする●を概説した。特徴の主たるものは、(1)熱中性子炉、(2)固体燃料に伴う安全性の難問がない。(3)運転中に燃料添加・再処理ができる。(4)Puも燃せる。(5)天然O必要量最小、U濃縮作業量(年間)最小、(6)安全上の問題が殆んどなく、発電燃料費最小の動力炉となりうることなどであろう。4・5年末工学的開発計画を固めつつあるMolten Salt gronp(米国)の動きを説明するとともに、溶融塩炉技術と他技術との関連(液体金属技術、高速溶融塩炉、高温炉、核融合炉等)を考察した。