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報告書

高速増殖原型炉もんじゅの重大事故防止対策の有効性評価に用いる崩壊熱の評価

宇佐美 晋; 岸本 安史*; 谷中 裕; 前田 茂貴

JAEA-Technology 2018-003, 97 Pages, 2018/07

JAEA-Technology-2018-003.pdf:12.54MB

最新のJENDL-4.0ベースの核データライブラリを適用し、現実的な炉心運用方法を反映するとともに、合理的な保守性を有するように評価条件を設定して、高速増殖原型炉もんじゅの重大事故防止対策の有効性評価に用いる崩壊熱について評価した。「FP崩壊熱」、「Cm等崩壊熱」及び「構造材崩壊熱」はFPGSにより計算し、「U-239, Np-239崩壊熱」は「ANSI/ANS-5.1-1994式」により計算し、各々の崩壊熱の不確かさは、不確かさ要因の積上げ、「もんじゅ」性能試験の反応率C/E等に基づき評価した。また、FPGS90による崩壊熱評価手法の妥当性について、高速実験炉「常陽」MK-II炉心の2体の使用済MOX燃料集合体の崩壊熱測定結果との比較に基づき確認した。

論文

Irradiation induced reactivity in Monju zero power operation

高野 和也; 丸山 修平; 羽様 平; 宇佐美 晋

Proceedings of Reactor Physics Paving the Way Towards More Efficient Systems (PHYSOR 2018) (USB Flash Drive), p.1725 - 1735, 2018/04

2010年に実施した、もんじゅ炉心確認試験における炉心反応度の照射依存性について評価した。ゼロ出力で実施した炉心確認試験において、$$^{241}$$Puの崩壊に伴う反応度低下以外に、照射量増加に伴う正の反応度増加を確認した。照射依存の反応度増加は炉心確認試験開始から約1ヶ月($$sim$$10$$^{17}$$ fissions/cm$$^{3}$$)でほぼ飽和する。照射依存の反応度増加は、自己照射損傷に伴い蓄積した格子欠陥が炉心起動中の核分裂片照射により回復したことに起因すると仮定すると、運転前にMOX燃料に蓄積した自己照射損傷に伴う格子欠陥の約47%が回復したことに相当する。

論文

A Refined analysis on the power reactivity loss measurement in Monju

谷中 裕; 竹越 淳; 岸本 安史*; 毛利 哲也; 宇佐美 晋

Progress in Nuclear Energy, 101(Part C), p.329 - 337, 2017/11

ナトリウム冷却高速炉における出力欠損反応度は燃焼欠損反応度と並び、炉心のPu富化度と制御棒本数を決める重要な設計パラメータとなっている。そのため、1994年から1995年にかけて実施された「もんじゅ」性能試験においても、これら特性値の測定が実施され、解析されてきた。直近の「もんじゅ」性能試験における出力係数測定試験に関する解析例としては、高野の論文がある。高野論文では考慮されていない最新の知見として、炉内温度分布の考慮、結晶拘束効果の考慮、対数平均温度の考慮、炉内膨張詳細化効果、最新の核データライブラリ(JENDL-4.0)の使用、測定値補正の精緻化がある。本研究では、これらの項目を全て考慮して、モデルの詳細化に伴う解析結果への影響を定量的に明らかにした。また、その結果、解析は実験を4.6%過大評価することがわかった。このバイアスについて、各種誤差要因以外の要因として炉心心湾曲効果を考慮した評価を行った結果、測定値と1.1%の差で一致した。これにより、出力上昇に伴う炉心湾曲効果が出力欠損反応度のような解析においては重要な要因である可能性が示唆された。

論文

核種の分離・変換技術; 高速炉を利用した変換

柳澤 務*; 宇佐美 晋; 前田 誠一郎

原子力年鑑2018, p.90 - 95, 2017/10

マイナーアクチノイド(MA)の核分裂反応は高速中性子領域で大きくなることから、MAの核変換には高速炉を用いるのが効率的であり、高速炉は、増殖によりウラン利用率を高めながらMAを核変換し、放射性廃棄物の量を低減して環境負荷を小さくできるため、原子力を持続的に利用できる特徴を有している。そこで、高速炉を利用した核種分離・変換を中心に、特に、高レベル廃棄物の減容化・有害度低減に向けた技術開発について、我が国及び仏国における取組みの経緯を述べた。また、高速炉へのMAの均質装荷法と非均質装荷法を用いたMA核変換技術開発の状況を述べるとともに、高速炉によるMA核変換の実績として、「常陽」、「もんじゅ」及び仏国フェニックス炉での実績をまとめた。さらに、酸化物燃料で均質にMAをリサイクルする方式を中心に、放射性廃棄物の減容化等に向けた燃料サイクル技術開発、すなわち、MAの分離技術開発、MA含有燃料の製造技術開発及びMA含有燃料の燃料開発について説明した。

論文

Validation of decay heat evaluation method based on FPGS cord for fast reactor spent MOX fuels

宇佐美 晋; 岸本 安史; 谷中 裕; 前田 茂貴

Proceedings of International Conference on the Physics of Reactors; Unifying Theory and Experiments in the 21st Century (PHYSOR 2016) (USB Flash Drive), p.3263 - 3274, 2016/05

本論文は、高速実験炉「常陽」のMK-II炉心における2体の使用済MOX燃料集合体の崩壊熱測定結果との比較、及び類似コードのORIGEN2.2による計算結果との比較により、JENDL-4.0ライブラリ等の最新の核データライブラリを用いたFPGS90コードの新たな崩壊熱評価手法の妥当性を確認した結果について述べたものである。また、崩壊熱評価手法の合理的な不確かさ幅を評価して設定した。使用済MOX燃料集合体の崩壊熱測定値は、40日から729日の間の冷却時間で、1445$$pm$$24Wから158$$pm$$9Wの範囲であった。JENDL-4.0ライブラリベースのFPGS90による崩壊熱計算値(C)は、その測定値と計算誤差の範囲内で一致し、そのC/E値は1.01から0.93の範囲であった。また、FPGS90コードは、ORIGEN2.2コードよりも崩壊熱を約3%大きく評価し、ORIGEN2.2コードと比較して崩壊熱C/E値の改善が見られた。さらに、JENDL-4.0ライブラリベースのFPGS90コードによる崩壊熱C/E値は、JENDL-3.2ライブラリベースに比べて改善し、このライブラリの改善効果への反応断面積の寄与は、崩壊データ及び核分裂収率データライブラリの寄与に比べて支配的であることがわかった。

論文

A Scrutinized analysis on the power reactivity loss measurement in Monju

谷中 裕; 岸本 安史; 毛利 哲也; 宇佐美 晋

Proceedings of International Conference on the Physics of Reactors; Unifying Theory and Experiments in the 21st Century (PHYSOR 2016) (USB Flash Drive), p.2610 - 2621, 2016/05

ナトリウム冷却高速炉における出力欠損反応度は燃焼欠損反応度と並び、炉心のPu富化度と制御棒本数を決める重要な設計パラメータとなっている。そのため、1994年から1995年にかけて実施された「もんじゅ」性能試験でも、これら特性値の測定が実施され、解析されてきた。直近の「もんじゅ」性能試験における出力係数測定試験に関する解析例としては、高野の論文がある。高野論文では考慮されていない最新の知見として、炉内温度分布の考慮、結晶拘束効果の考慮、対数平均温度の考慮、炉内膨張詳細化効果、最新の核データライブラリ(JENDL-4.0)の使用、測定値補正の精緻化がある。本研究では、これらの項目を全て考慮して、モデルの詳細化に伴う解析結果への影響を定量的に明らかにした。また、その結果、解析は実験を8.1%過大評価することがわかった。このバイアスは、各種誤差要因に基づく差異だけでは説明できなかった。そこで、炉心湾曲効果を考慮した評価を行った結果、2.9%の過大評価に削減された。これにより、出力上昇に伴う炉心湾曲効果が重要な要因である可能性が示唆された。

論文

Development of a fast reactor for minor actinides transmutation, 1; Overview and method development

竹田 敏一*; 宇佐美 晋; 藤村 幸治*; 高桑 正行*

Proceedings of 21st International Conference & Exhibition; Nuclear Fuel Cycle for a Low-Carbon Future (GLOBAL 2015) (USB Flash Drive), p.560 - 566, 2015/09

本研究は、環境負荷低減のための研究開発国家プロジェクトの一環として2013年に開始されたものである。Na冷却型高速炉における効率的かつ安全なMA核変換技術の確立を目指しており、核変換効率と安全性を両立させる炉心概念の構築を、関連核特性の予測精度改善と合わせて実施している。具体的には、安全性や核変換効率の予測精度を改善するために、MA核変換における核種ごとの寄与を抽出評価する手法を考案し、核変換特性の予測精度を詳細分析してきている。また、予測精度の改善には核変換特性関連の実験データに対する解析精度を解析システムに反映することが効果的であり、そのために「常陽」、PFR等で取得された種々の実験データを収集整理し、整合性を確認することによって信頼性の高いMA実験データベースの構築を進めている。本発表では、当該プロジェクトの概要とともに、高速炉によるMA核変換に係る手法の開発と数値解析結果等について説明する。

論文

「もんじゅ」運転再開; 臨界達成と炉心特性把握-炉心確認試験報告

宇佐美 晋

日本原子力学会誌, 52(10), p.638 - 642, 2010/10

「もんじゅ」は、平成22年5月6日、14年5か月ぶりに原子炉を起動して性能試験を再開し、同月8日の臨界到達を経て、同年7月22日に、性能試験の第1段階である炉心確認試験を終了した。そこで、日本原子力学会誌において、臨界達成と炉心特性把握にかかわる炉心確認試験報告を行う。主な報告内容は、以下のとおり。(1)性能試験再開までの経緯,(2)性能試験の概要,(3)炉心確認試験(臨界達成,制御棒価値確認,過剰反応度測定試験,反応度停止余裕測定試験,温度係数評価,流量係数評価,フィードバック反応度評価,未臨界度測定法適用性評価)等。

論文

Feasibility study on an upgraded future Monju core concept with extended operation cycle length of one year and increased fuel burnup

金城 秀人*; 影山 武*; 北野 彰洋; 宇佐美 晋

Nuclear Technology, 167(2), p.254 - 267, 2009/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:87.3(Nuclear Science & Technology)

将来の「もんじゅ」炉心の性能向上に関する研究を行った。本研究の目的は、実用化FBR炉心が目標とする「1年連続運転サイクル・150GWd/t取出燃焼度」の炉心性能を「もんじゅ」で実証するための炉心概念・方策を検討し、技術的成立性を示すことである。通常、運転サイクル期間を延長すると燃焼欠損反応度が増大し、反応度収支上の炉停止余裕が減少する。このため、(1)太径・高密度・長尺ペレット燃料を導入して内部転換比向上,燃焼反応度増大を抑制し、(2)制御棒吸収体のB-10濃縮度や吸収体長さも変更して制御棒価値を増加させ、反応度収支を改善した。この炉心概念の主要炉心核熱特性を評価した結果、炉心出力分布や反応度制御特性,ドップラ・ボイド反応度等安全特性へ有意な影響を与えずに、2500リットル程度の「もんじゅ」中型炉心体系においても1年連続運転が可能であることが示された。以上により「もんじゅ」高度化炉心概念の成立性を確認した。

論文

Monju core physics test analysis with JAEA's calculation system

高野 和也; 杉野 和輝; 毛利 哲也; 岸本 安史*; 宇佐美 晋

Proceedings of International Conference on the Physics of Reactors, Nuclear Power; A Sustainable Resource (PHYSOR 2008) (CD-ROM), 8 Pages, 2008/09

本検討では、JENDL-3.3とJAEAの標準解析手法の妥当性を検証することを目的とし、複数の核データライブラリ(JENDL-3.2, JENDL-3.3, JEFF-3.1, ENDF/B-VII)と、JAEAの標準解析手法に基づき、「もんじゅ」の炉物理試験解析(臨界性,制御棒価値,等温温度係数,出力係数)を実施した。また、感度解析を実施し、核データライブラリの違いによる影響を詳細に分析した。その結果、いずれの核特性においても、JENDL-3.3による解析結果は実験値と良い一致を示し、その他の核データライブラリと同等以上の精度を有していることが確認された。これより、JENDL-3.3とJAEAの標準解析手法の妥当性を確認することができた。感度解析の結果からは、「もんじゅ」は実機炉心の特性を活かして、高次Puの断面積や自己しゃへい効果の温度依存性の検証に非常に有効であることがわかった。

報告書

CABRI炉内試験等の知見を反映した「もんじゅ」ULOF事象解析

佐藤 一憲; 飛田 吉春; 鈴木 徹; 川田 賢一; 深野 義隆; 藤田 哲史; 神山 健司; 野中 信之; 石川 眞; 宇佐美 晋

JAEA-Research 2007-055, 84 Pages, 2007/05

JAEA-Research-2007-055.pdf:16.66MB

高速原型炉「もんじゅ」の当初安全審査では、「技術的には起こるとは考えられない事象」の一つである「1次冷却材流量減少時反応度抑制機能喪失事象(ULOF: Unprotected Loss of Flow)」の評価を行い、発生する機械的エネルギーが大気圧までの等エントロピー膨張ポテンシャルで約380MJになるとの結論を得ていた。一方、「もんじゅ」は平成7年の2次系ナトリウム漏洩事故以来、10年以上の間プラント停止状態が続いており、この停止期間の間に核分裂性プルトニウムの一部が壊変によりアメリシウムに変わることによって、炉心の反応度特性が変化している。本研究はプルトニウム組成の変化による反応度特性の変化が発生エネルギーに与える影響を評価する目的で、ULOF事象の事象推移解析を行ったものである。ULOF事象推移解析においては、原安全審査以後に行われた安全研究によって得られた新たな知見を反映した解析を行った結果、反応度特性の変化を考慮しても、原申請における解析から得られた機械的エネルギー放出値を超えることはないとの結論を得た。

論文

次世代原子力システム研究開発部門FBRプラント技術ユニット炉心・燃料技術グループの業務紹介

宇佐美 晋

炉物理の研究, (58), p.37 - 39, 2006/02

統合後の原子力機構内の主要な炉物理研究関係部門の業務紹介の一環として、日本原子力学会炉物理部会報において次世代部門炉心・燃料技術グループの業務概要を紹介する。紹介の対象となる当該グループの主な業務内容は以下の通りである。「もんじゅ」性能試験評価と設計余裕合理化,「もんじゅ」炉心高度化研究,MA燃焼照射計画研究,炉心特性解析システム開発。

論文

Evaluation of the shielding characteristics test around the reactor core in the prototype FBR MONJU

宇佐美 晋; 鈴置 善郎; 弟子丸 剛英; Hikichi, T.*; Nakashima, F.*

Proceedings of 11th International Symposium on Reactor Dosimetry (ISRD-11), p.389 - 396, 2003/00

「もんじゅ」性能試験においては、「しゃへい性能に係わる設計裕度の確認」と「しゃへい解析手法の妥当性の確認」及び「将来炉のための基礎データの取得」を目的として、炉物理試験段階において、中性子検出箔及びB-10比例係数管を用いた「原子炉まわりしゃへい性能測定」を実施した。そして、得られた反応率測定データを対象に、JENDL-3.2核データファイルを用いてしゃへい設計手法による解析を行い、しゃへい設計要求条件との比較、設計裕度及び反応率C/E値の核データファイル間の違い等を評価した。

論文

THE REACTION RATEN DISTRIBUTION MEASUREMENT AND THE CORE PERFORMANCEEVALUATION IN THE PROTOTYPE FBR MONJU

宇佐美 晋; 鈴置 善郎; 中島 文明; 弟子丸 剛英

Proceedings of 9th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-9) (CD-ROM), 0 Pages, 2001/00

「もんじゅ」では、炉心性能の確認と炉心設計手法の開発等に資するため、炉物理試験の一環として、箔放射化法に基づく反応率分布測定を実施した。今回の発表では、本試験において得られた中性子検出箔の反応度測定結果と解析結果に基づき「もんじゅ」初期炉心における反応率分布、中性子スペクトル、増殖比、出力分布等を評価した結果について報告する。

論文

Reaction rate distribution measurement and the core performance evaluation in the prototype FBR Monju

宇佐美 晋; 鈴置 善郎; 弟子丸 剛英; 中島 文明

Proceedings of 9th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-9) (CD-ROM), 0 Pages, 2001/00

「もんじゅ」では、炉心性能の確認と炉心設計手法の開発等に資するため、炉物理試験の一環として、箔放射法に基づく反応率分布測定を実施した。今回の発表では、本試験において得られた中性子検出箔の反応率測定結果と解析結果に基づき、「もんじゅ」初期炉心における反応率分布、増殖比、出力分布等を評価した結果について報告する。

論文

APPLICABILITY OF THE 3D TRANSPORT CODE TORT THE SHIELDING ANALYSIS OF THE REACTOR CAVITY SHIELDING FLOOR IN THE PROTOTYPE FBR MONJU

佐々木 研治; 宇佐美 晋; 横堀 仁*

Proceedings of International Conference on the Physics of Reactors (PHYSOR 2000), 0 Pages, 2000/00

もんじゅは、従来2次元輸送計算コードDOT3.5を使用して炉心回りの中性子束評価を実施した。しかし、原子炉上部方向及び1次主冷却室への中性子のストリーミングを防止するために設置した中間床しゃへい体は種々の貫通部及び切欠部が存在し、非常に複雑な形状をしているため、しゃへい性能を精度良く評価するためには中間床しゃへい体を3次元で取り扱う必要がある。このため、3次元輸送計算コードTORTを使用して、中間床しゃへい体を3次元にモデル化して中性子束を精度良く評価できるかどうか検討した。検討の結果、中間床しゃへい体種々の貫通部及び切欠部からの中性子ストリーミングが精度良く評価できる見通しが得られた。なお、ペーパーはPDFファイルのFORMATで提出するよう要求があったので、本次葉に示すPDFファイルのFORMAT形式で作成した。

論文

MEASUREMENT OF SHIELDING CHARACTERISTICS IN THE PROTOTYPE FBR MONJU

宇佐美 晋

第9回放射線遮へい国際会議, 0 Pages, 1999/00

もんじゅ性能試験においては、「遮へい性能に係わる設計裕度の確認」と「遮へい解析手法の妥当性の確認」及び「将来炉のための基礎データの取得」を目的として、臨界・炉物理試験段階及び45%出力までの起動試験段階において『遮へい特性試験』を実施した。この『遮へい特性試験』では、「原子炉まわり遮へい測定」、「1次主冷却系遮へい測定」及び「燃料取扱遮へい測定」を行ったが、これらの測定結果について報告する。

論文

高速炉の放射線計測技術

伊藤 主税; 青山 卓史; 宇佐美 晋

原子力eye, 45(1), p.55 - 59, 1999/00

本報は、「原子力eye」誌の放射線計測応用技術に関する特集記事(12回連載)の第1回目として、高速炉の放射線計測技術について掲載されるものである。ここでは、高速炉で用いられている放射線計測技術について、「常陽」及び「もんじゅ」を例に挙げ、中性子計装、原子炉ドシメトリーによる中性子照射量や増殖比の測定、燃料破損検出技術、光ファイバ放射線計測技術による1次冷却系の放射性腐食生成物の測定を紹介する。

論文

The Reaction rate distribution measurements by the foil activation method in the prototype FBR Monju

宇佐美 晋; 弟子丸 剛英; 中島 文明

Proceedings of 9th International Symposium on Reactor Dosimetry (ISRD-9), p.865 - 872, 1999/00

もんじゅ性能試験のおいては、炉心設計の妥当性と設計裕度の確認、核計算コードの精度向上や「もんじゅ」炉心の高度化及び将来炉への反映等に資するため、初装荷炉心初期の炉物理試験段階において、箔放射化法に基づく「反応率分布測定」を実施したが、これらの測定結果について報告する。 本件は、当該測定に係わる発表論文に対する外部発表許可である。

論文

Reactor physics measurements at start-up of MONJU

中島 文明; 鈴木 隆之; 宇佐美 晋; 佐々木 研治; 弟子丸 剛英; 他2名*

Proceedings of International Conference on the Physics of Reactors (PHYSOR '96), E-76- Pages, 1996/00

もんじゅの性能試験のうち炉物理試験の実施内容と測定結果の全般について報告する。燃料装荷に始まった臨界近接、初臨界の達成、初期炉心の構成制御棒校正他の反応度価値測定、等温温度係数の測定、箔放射化法による出力分布評価等について試験方法、試験結果、解析との比較等について述べる。結果として、炉物理試験は延滞なく完了し、炉心特性パラメータが把握されたことを発表する。

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