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家田 淳一; 深田 幸正; 福田 竜生
日本原子力学会誌ATOMO
, 66(10), p.521 - 524, 2024/10
放射性廃棄物に含まれる放射性同位体(RI)は、見方を変えれば長期間安定したエネルギー源と考えられる。主にアルファ線による熱エネルギーをスピントロニクス技術により電力変換する「スピン熱電発電」、そして主にガンマ線の光電変換を用いた「ガンマ線発電」のための素子開発を進めることで、RIのエネルギーを再資源化する事を目指している。
久保 真治
Engineering, 16, p.16 - 20, 2022/09
被引用回数：16 パーセンタイル：97.89(Engineering, Multidisciplinary)現在、地上に偏在し、しかも、有限な一次エネルギーである化石資源は、産業(工場等)・運輸(自動車等)・エネルギー転換(発電等)分野と広く使用されている。化石資源の大量消費の持続可能性は低いと言わざるを得ない。化石資源を代替できる一次エネルギーには再生可能エネルギーおよび原子力エネルギーがある。これら一次エネルギーを、産業で活用できる形態である二次エネルギーの水素へと変換する重要性が高まっている。原子力は化石資源を使用することなく安定的な電力供給が可能で、さらに再生可能エネルギーの出力変動のフォローおよび、化学製品の原料、還元剤、燃料などと多用途に利用できる水素の製造も可能である。本稿では、一次エネルギーである原子力を用いた水素製造の役割に関し、水素製造に必要な熱源温度・エネルギー量・エネルギーの種別(熱/電気)およびエネルギー変換の基礎について解説した。
Park, H.; 山野 憲洋; 丸山 結; 森山 清史; Yang, Y.; 杉本 純
第35回日本伝熱シンポジウム講演論文集,3, p.803 - 804, 1998/00
温度範囲55
Cから飽和温度近傍までの冷却水を初期温度2500Cのテルミットに注入する場合のFCIの強度に対する系の拘束の影響を実験によって調べた。実験で測定された機械的エネルギーは、系の拘束が弱いときは冷却水のサブクール度の増加とともに増加したが、拘束が強い系では逆に減少した。これにより、FCIによる機械的エネルギー発生は時間スケールの短い溶融物の細粒化による混合の促進と、時間スケールの長い溶融物細粒の冷却という、2つの異なる時間スケールの現象により支配されていることがわかった。
Park, H.; 山野 憲洋; 森山 清史; 丸山 結; Y.Yang*; 杉本 純
Proc. of 11th Int. Heat Transfer Conf. (Heat Transfer 1998), 6, p.69 - 74, 1998/00
CI(Coolant Injection)モードのFCIの強さに対する冷却水ジェットのサブクール度、運動エネルギー及び系の拘束の影響を実験により調べた。測定された機械的エネルギーは、系の拘束が弱いときは冷却水のサブクール度の増加とともに増加したが、拘束が強い系では逆に減少した。また、冷却水の速度の増加とともに増加した。この結果は溶融物内での冷却水ジェットの貫入と分散がFCIの強度を決める重要な要素であることを示唆する。現象の基礎的な物理を理解し、実験における粗混合条件を推定するために、非沸騰・等温系でジェットをプールに注入する可視化実験を行い、また数値シミュレーションを行った。
H.S.Park*; 山野 憲洋; 丸山 結; 森山 清史; Y.Yang*; 杉本 純
Proc. of 1998 ASME/JSME Joint Pressure Vessels and Piping Conf., 362, p.49 - 56, 1998/00
冷却水が強制的にテルミット溶融物に注入される場合(Coolant Injection (CI) mode)のFCIの強さに対する冷却材ジェットの運動エネルギーの影響を調べるために6ケースの実験を行った。注入圧0.15MPaの場合、強いFCIは見られなかった。注入圧を0.5MPaまで増加させるとFCIによる機械的エネルギーは注入圧に線形に5kJまで増加する傾向を示した。冷却水ジェットの運動エネルギーが増加すると粗混合が促進され、このためFCIがより激しくなると考えられる。非沸騰・等温系での可視化基礎実験を行い、得られた相関式で評価すると、冷却材ジェットは溶融物層の底まで到達し、残った運動量により溶融物と冷却材の混合が促進されたと考えられる。
H.Park*; 山野 憲洋; 丸山 結; 森山 清史; Y.Yang*; 杉本 純
Proc. of 6th Int. Conf. on Nucl. Eng. (ICONE-6) (CD-ROM), 12 Pages, 1998/00
冷却材注入(CI)モードの溶融物冷却材相互作用(FCI)実験を7ケース行い、冷却材のサブクール度がFCIの強さに及ぼす影響を調べた。FCIによる機械的エネルギー放出量は冷却材サブクール度を2Kから45Kまで増加させたとき、ほぼ0から0.6kJまで増加する傾向を示した。エネルギー変換率もこれとともに増加し、また、デブリの平均粒径は減少した。冷却材をスプレー状にして注入した場合、FCIのエネルギーは小さかった。冷却材のサブクール度が大きい場合ジェットは溶融物により深く貫入し、良好な粗混合条件を作り、強いFCIをもたらすと考えられる。非沸騰・等温系で行った可視化実験から得られた相関式により評価すると、実験では冷却材ジェットが溶融物層の底に着いた後、さらに残った運動量により溶融物と冷却材の混合が促進されたと考えられる。
大坪 章; 小綿 泰樹
PNC TN9410 97-029, 39 Pages, 1997/03
動燃では現在加速器による消滅処理研究の一環として、大電力電子線形加速器の研究をしている。そこで応用利用技術の一つとして、電子加速器とTRU燃料を用いた未臨界炉心体系を組み合わせたハイブリッド炉の核熱計算を昨年度行った。加速器と未臨界炉心体系を組み合わせたハイブリッド炉としては、良く知られているように電子加速器以外に陽子加速器を用いるハイブリッド炉がある。今年度は陽子加速器を用いるハイブリッド炉の核熱計算を実施して、両方のハイブリッド炉のTRU消滅特性を比較した。陽子加速器で加速された陽子ビームを、未臨界炉心体系の中央に位置するターゲット部に入射する。そして核破砕反応により中性子を発生させる。発生した中性子は周囲の未臨界炉心体系に入り、TRUを消滅させる。計算の結果、ビームパワー1MWの陽子線を1年間keffが0.95の未臨界炉心体系に入射した場合、TRU消滅量は約10kgになった。このTRU消滅量は、昨年度検討した電子加速器を用いるハイブリッド炉の場合のTRU消滅量の、約100倍である。
稲葉 良知; 小川 益郎; 菱田 誠
JAERI-Tech 96-017, 53 Pages, 1996/05
核熱利用システムを「原子力の熱エネルギーを利用するために、色々な構成要素(プロセス)-発電プロセス、熱交換プロセス、メタン製造プロセス、水素製造プロセス、淡水化プロセス、エネルギー貯蔵プロセスなど-を有機的に組み上げた一つの組織・集合体」と定義する。このような核熱利用システムにおいて、「個々のプロセスの修正・改新、新たなプロセスの創出、プロセスの組み合わせ方」などを考える。また「構築したシステムの提案理由を明確にすること」を本研究課題とする。本報告では、核熱利用システムの構築に関する研究について、過去の研究例と、本研究の動機、手段・方法、内容の概略、計画などを述べる。また、核熱利用システムに関連して、エネルギー貯蔵、エネルギー輸送、エネルギー変換技術の現状についても概観すると共に、環境保全に対する価値判断において、エクセルギー及び環境の内部化経済の観点から探る。
小奈 勝也*
PNC TJ1360 96-002, 58 Pages, 1996/03
放射性廃棄物の処分に係る研究施設の立地誘発のために、昭和60年度より「ジオトピア構想」という地下環境の開発利用に関する調査研究を実施してきている。この中では、地域との信頼性向上には形の見えない計画や構想よりも、地下開発利用から様々な分野への実用化が見込める技術の確率をめざす方が、技術の経済的波及効果や産業振興との関係を理解させ易く、効果的であるとの考えに至った。革新的技術の開発として手掛けた超電導エレベーターやレーザー岩盤掘削等は、このような背景から着手したものである。さらに、より先導的技術の開発を実施するために、平成3年度より対象技術の摘出を行うと同時に、その技術を一般市民が理解しやすい模型等の「触れる」形態にする作業を実施してきており、放射性廃棄物が発生する熱を利用することを目標とした熱電変換素子(ゼーベック素子)を組込んで駆動する模型や、温度差で駆動するモーター(スターリングエンジン)等の試作製作を実施してきた。これらの熱利用システムの中から、今年度は放射線の影響を全く考慮する必要がないスターリングエンジンの効率的熱利用への検討を行い、いわゆる廃熱の存在する温度差(数10度
数100度)があれば、その温度差から発電が可能であることを、一般に理解させ得る形態模型の研究・施策を実施したものである。
*
PNC TJ1600 93-005, 66 Pages, 1993/03
21世紀に向けて原子力利用の高度化が各方面において進められている。殊にエネルギー利用の高度化及び資源の有効利用が重要である。本報告書では、(1)物質エネルギー変換システムとしての電気分解法(2)物質エネルギー変換システムから派生する重い電子系の資源利用の可能性について調査研究した。
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PNC TJ1360 93-001, 128 Pages, 1993/03
地下は人類にとっての重要な未踏領域の一つであり、地下(地底)の持つ様々の特徴を活かし利用するための検討は必要かつ重要である。このため動力炉・核燃料開発事業団では地底総合開発構想(ジオトピア構想)として過去5年間にわたり検討を進めてきた。本構想の実現にあたっては、地下をよく知るための探査・診断技術、深部との往来・通信技術、建設・施工技術等、幅広いシステム工学、人間工学等に係わる技術検討が必要と考え、昨年度からは地下開発に関する先導的新技術に焦点を当て調査研究を進めることとした。熱電変換は、近年ペルチェ効果によるソリッド・ステート冷却・加熱が盛んに利用され、とりわけ光通信用半導体レーザなどの精密温度制御は、電子デバイスの高性能化の代表例である。一方、ゼーベック効果を利用した熱電発電システムは、12年間の宇宙旅行後、1989年8月に海王星に大接近した惑星探査機VOVAGER2号の発電器として使われ、長寿命電源としての信頼性が高いことが再確認された。ジオトピア構想の検討では、これまでに地下空間において独立してエネルギーを抽出していく技術、とりわけ小温度差を駆動エネルギーとして利用する各種の変換技術を検討してきた。本年度は、その中から熱電素子に注目し、その研究開発状況と利用形態について調査し、とりまとめを行った。超電導、レーザー等の先端技術を模倣あるいは駆使した模型、玩具等グッズの制作メーカーを調査し、これらのなかからテラフォーミングに利用可能な単体の設計背景、発展計画等も調査した。
山岡 信夫*; 斉藤 正樹*; 宮崎 慶次*
PNC TJ9605 92-002, 128 Pages, 1991/03
高速増殖炉のエネルギー輸送・変換系を簡素化すると同時に、安全姓の向上を図ることを目的として、二相流自然循環と液体金属MHD発電を組み合わせた新しい概念の自律型エネルギー変換システムの成立性に関する基礎研究を実施した。まず、最初、本システムのサイクル解析を実施した。基本的な作動流体として、水と低融点合金、水銀とスズの組合せを選び、二相流上昇部入口ボイド率、気液スリップ比、そして各コンポーネントの効率をパラメータとし、さらにシステムの最高温度を変化させて感度解析を行った。本解析の結果、本システムは従来の蒸気タービンサイクルに十分競合できるだけのサイクル効率が得られる可能性が高いことがわかった。しかし、サイクル効率は、気液分離器、再生熱交換器、及び熱力学的作動流体用循環ポンプの各効率にはあまり影響を受けないが、気液スリップ比と単相流下降部に設置する発電器効率に大きく影響を受け、気液スリップ比が低い値になるような二相流の心要があることがわかった。サイクル解析の結果、サイクル効率は循環する二相流の気液スリップ比に大きく影響を受けるため、次に、特に二相流上昇部における気液スリップ比に注目した、液体金属二相流自然循環特性を調べる基礎実験を実施した。作動流体としてウッズメタル(融点70度C、密度約9・5g/cm/SUP3)と窒素ガスを用い、二相流上昇部高さ約2mの試験装置で二相流自然循環の基本的な循環特性を調べた。本実験結果により、以下に示す結果を得た。(1)ボイド率が、約0.13程度までは気泡流で、気相流量の増加とともに液体循環流量は急激に増加し、気液スリップ比が比較的に小さいが、それ以降はスラッグ流に遷移しするため、気液スリップ比が増加し、液相循環流量の増加量は減る。(2)二相流自然循環におけるボイド率は、クオリティ-、フルイド数、気液密度比により以下に示す相関式で求められる。
=8.7(X/1-X)0.33(Fr)0.78(
1/g)-0.22
松田 慎三郎; 大和 春海*
JAERI-M 6222, 25 Pages, 1975/08
本論文は2000MW熱出力核融合炉の中性粒子入射加熱装置についてまとめたものである。イオン源、中性化セル、イオン偏向磁石、エネルギー変換器、磁気シールド、真空排気系、パワー効率などを含むインジェクターシステムについて総合的は考慮がなされた。合計24本の中性ビームがブランケットに設けられた12個の入射孔を通してプラズマに対して殆んど垂直に入射される。中性ビームのエネルギーは120KeVで正味30MWの入力が加熱時の低密度プラズマ(n~3
10
cm
)に吸収されることが期待できる。
田川 博章
化学工業, 26(7), p.709 - 714, 1975/07
化石燃料を除いた一次エネルギー、特に核熱を使い、水から水素を製造する方法について述べた。核熱の利用の仕方に二通りがある:一つは原子力発電により電力に変え、次にこの電力を使って水を電気分解する方法;他は核熱と補助(循環)物質を使って、水を化学的に熱分解する方法である。両者の優劣を決める尺度は熱効率であるが、後者(多段熱化学分解法)は研究開発の途上にあり、現状での評価は難しいので、原理、研究概要、問題点について述べた。
岡根 哲夫
no journal, ,
日本原子力研究開発機構(JAEA)は、大型放射光施設SPring-8において2本の専用ビームラインを運営し、これに設置した7台の実験装置と、量子科学技術研究開発機構の専用ビームラインに設置した1台の実験装置、合わせて8台の実験装置を文部科学省「マテリアル先端リサーチインフラ(ARIM)」事業の共用装置として登録し、放射光を利用した先端的なX線分析技術を産官学の研究者に広く活用していただくとともに、そこから生まれるデータの収集、蓄積、構造化を通じたデータ利活用の仕組みを作ることで、我が国のマテリアル研究開発の推進に資することを目指している。特に、重要技術領域「革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル」に所属し、エネルギー変換マテリアルの研究開発に原子力機構独自の切り口も加えつつ重点的に取り組んでいる。講演では、JAEAがARIM事業で提供する先端X線分析の内容について紹介した後、SPring-8のJAEA共用装置でのユーザー実験について、軟X線領域と硬X線領域での実験のそれぞれについて最近の成果事例を紹介する。また、JAEAがその特徴を活かして重点的に推進したいエネルギー変換マテリアル研究として、原子力施設の放射性廃棄物が生む熱や放射線をエネルギー利用する発電素子の研究開発に関する取り組みを紹介する。さらに、データの構造化と集約化に向けたJAEAの取り組みについても紹介する。
