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論文

Application of Bayesian optimal experimental design to reduce parameter uncertainty in the fracture boundary of a fuel cladding tube under LOCA conditions

成川 隆文; 山口 彰*; Jang, S.*; 天谷 政樹

Proceedings of 14th International Conference on Probabilistic Safety Assessment and Management (PSAM-14) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2018/09

The reduction of epistemic uncertainty for safety-related events that rarely occur or require high experimental costs is a key concern for researchers worldwide. In this study, we develop a new framework to effectively reduce parameter uncertainty, which is one of the epistemic uncertainties, by using the Bayesian optimal experimental design. In the experimental design, we used a decision theory that minimizes the Bayes generalization loss. For this purpose, we used the functional variance, which is a component of widely applicable information criterion, as a decision criterion for selecting informative data points. Then, we conducted a case study to apply the proposed framework to reduce the parameter uncertainty in the fracture boundary of a non-irradiated, pre-hydrided Zircaloy-4 cladding tube specimen under loss-of-coolant accident (LOCA) conditions. The results of our case study proved that the proposed framework greatly reduced the Bayes generalization loss with minimal sample size compared with the case in which experimental data were randomly obtained. Thus, the proposed framework is useful for effectively reducing the parameter uncertainty of safety-related events that rarely occur or require high experimental costs.

論文

Uncertainty quantification of fracture boundary of pre-hydrided Zircaloy-4 cladding tube under LOCA conditions

成川 隆文; 山口 彰*; Jang, S.*; 天谷 政樹

Nuclear Engineering and Design, 331, p.147 - 152, 2018/05

 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

To quantify the fracture boundary uncertainty for non-irradiated, pre-hydrided Zircaloy-4 cladding tube specimens under loss-of-coolant accident conditions at a light-water reactor, data from integral thermal shock tests obtained by an earlier study are analyzed statistically and the fracture boundary is estimated in terms of probability, as follows. First, a method is proposed to obtain the specimens' fracture probability curve as a function of equivalent cladding reacted (ECR) and initial hydrogen concentration using Bayesian inference with a generalized linear model. A log-probit model is used, modified to reflect the effect of the initial hydrogen concentration on the fracture boundary and the ECR evaluation uncertainty, and scaled to improve convergence. Second, using the modified log-probit model, it is shown that the boundary representing a 5% fracture probability with 95% confidence for the pre-hydrided cladding tube sample is higher than 15% ECR, for initial hydrogen concentrations of up to 800 wppm.

論文

Experimental and statistical study on fracture boundary of non-irradiated Zircaloy-4 cladding tube under LOCA conditions

成川 隆文; 山口 彰*; Jang, S.*; 天谷 政樹

Journal of Nuclear Materials, 499, p.528 - 538, 2018/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:16.17(Materials Science, Multidisciplinary)

For estimating fracture probability of fuel cladding tube under loss-of-coolant accident conditions, laboratory-scale integral thermal shock tests were conducted on non-irradiated Zircaloy-4 cladding tube specimens. Then, the obtained binary data with respect to fracture or non-fracture of the cladding tube specimen were analyzed statistically. A method to obtain the fracture probability curve as a function of equivalent cladding reacted (ECR) was proposed using Bayesian inference for generalized linear models: probit, logit, and log-probit models. Then, model selection was performed in terms of physical characteristics and information criteria, a widely applicable information criterion and a widely applicable Bayesian information criterion. As a result, it was clarified that the log-probit model was the best model to estimate the fracture probability. It was shown that 20% ECR corresponded to a 5% probability level with a 95% confidence of fracture of the cladding tube specimens.

論文

Development of prototype reactor maintenance, 1; Application to piping system of sodium-cooled reactor prototype

小竹 庄司*; 近澤 佳隆; 高屋 茂; 大高 雅彦; 久保 重信; 荒井 眞伸; 桾木 孝介; 伊藤 隆哉*; 山口 彰*

Proceedings of 2017 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2017) (CD-ROM), 6 Pages, 2017/04

研究開発段階炉の保全の考え方を提案した。ナトリウム冷却炉の場合は材料との共存性がよく基本的に劣化はないが、ナトリウム純度および熱過渡の管理が重要である。運転初期の段階では運転経験の少なさを考慮して代表部位の検査をするが、実績を積むことにより試験間隔を延長していくことが可能であると考えられる。実用炉においてはナトリウムの材料共存性を考慮して、定期的な検査を不要とすることを目指している。

論文

Development of prototype reactor maintenance, 2; Application to piping support of sodium-cooled reactor prototype

荒井 眞伸; 桾木 孝介; 相澤 康介; 近澤 佳隆; 高屋 茂; 久保 重信; 小竹 庄司*; 伊藤 隆哉*; 山口 彰*

Proceedings of 2017 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2017) (CD-ROM), 6 Pages, 2017/04

研究開発段階炉の保全の適用先としてもんじゅの配管支持構造物を検討した。配管支持構造物の寿命はプラント寿命より長いことは試験的に確認されている。初期段階としてアクセス可能な支持構造物について目視検査が考えられるが、高速炉の特徴として配管熱膨張が大きいため、最終的には配管変位監視による支持構造物の健全性監視が可能になると考えられ、その場合は、目視検査は代表部位のみに限定できると考えられる。

論文

Numerical study on modeling of liquid film flow under countercurrent flow limitation in volume of fluid method

渡辺 太郎*; 高田 孝; 山口 彰*

Nuclear Engineering and Design, 313, p.447 - 457, 2017/03

 被引用回数:1 パーセンタイル:64.68(Nuclear Science & Technology)

蒸気発生器伝熱管内部における気液対向流制限(CCFL)は、特にPWRにおいてLOCA発生時の炉心冷却に重要な影響を及ぼす。本研究では、VOF法を用いた数値計算においてより低コストでCCFL特性の評価精度を向上させることを目的に、CCFL発生時に見られる液膜流をモデル化しVOF法とのカップリングを行った。開発した手法を用い既存実験を模擬した試験解析を実施し、本手法の適用性を評価すると共に、配管下端において液膜流より滴下した液相が再度気相側にエントレイメントされることによりCCFL特性が大きく変化すること明らかにした。

論文

NiO/Nb$$_{2}$$O$$_{5}$$/C hydrazine electrooxidation catalysts for anion exchange membrane fuel cells

坂本 友和*; 増田 晃之*; 吉本 光児*; 岸 浩史*; 山口 進*; 松村 大樹; 田村 和久; 堀 彰宏*; 堀内 洋輔*; Serov, A.*; et al.

Journal of the Electrochemical Society, 164(4), p.F229 - F234, 2017/01

 被引用回数:7 パーセンタイル:28.11(Electrochemistry)

NiO/ Nb$$_{2}$$O$$_{5}$$/C (8:1), (4:1), (2:1), NiO/C, and Ni/C catalysts for hydrazine electrooxidation were synthesized by an evaporation drying method followed by thermal annealing. Prepared catalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD), high-angle annular dark field scanning transmission electron microscopy (HAADF-STEM), energy dispersive X-ray spectrometry (EDS), and X-ray absorption fine structure (XAFS). The highest catalytic activity in mentioned above reactionwas found for Ni/C, followed by: NiO/Nb$$_{2}$$O$$_{5}$$/C (8:1), NiO/Nb$$_{2}$$O$$_{5}$$/C (4:1). NiO/Nb$$_{2}$$O$$_{5}$$/C (2:1) whiles NiO/C has almost no activity for hydrazine oxidation. It was explained by oxygen defect of NiO in NiO/ Nb$$_{2}$$O$$_{5}$$/C from XAFS analysis. The selectivity hydrazine electrooxidation as measured by ammonia production resulted in observation that metallic Ni surface facilitates N-N bond breaking of hydrazine, which was confirmed by density functional theory (DFT) calculations.

論文

Study on self-wastage phenomenon at heat transfer tube in steam generator of sodium-cooled fast reactor with consideration of thermal coupling of fluid and structure

小島 早織*; 内堀 昭寛; 高田 孝; 大野 修司; 福田 武司*; 山口 彰*

Proceedings of 10th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-10) (USB Flash Drive), 8 Pages, 2016/11

Na冷却高速炉蒸気発生器伝熱管のセルフウェステージ現象に対して多次元ナトリウム-水反応解析コードSERAPHIMを用いた解析評価を進めている。従来の解析評価では、反応温度の保守的評価の観点で伝熱管外表面は断熱を仮定しているが、セルフウェステージ進展の評価では伝熱管構造部の温度評価も重要となる。そこで本研究では、流体-構造間の熱移行影響評価を行うことを目的とし、流体-構造熱的連成モデルを構築し、SERAPHIMコードへ導入した。熱的連成あり/なしの解析をそれぞれ実施し、得られた各種物理量分布に対する考察から熱移行を考慮することの影響を明らかとした。

論文

Dynamic and interactive approach to level 2 PRA using continuous Markov process with Monte Carlo Method

Jang, S.*; 山口 彰*; 高田 孝

Proceedings of 13th Probabilistic Safety Assessment and Management Conference (PSAM-13) (USB Flash Drive), 11 Pages, 2016/10

イベントツリー(ET)やフォールトツリー(FT)法を用いた従来のレベル2確率論的リスク評価(PRA)では、イベントの生起順序を事前に評価する必要があり、特に不確かさの大きなレベル2(燃料損傷$$sim$$放射性物質の敷地外放出)では、網羅的な評価が困難である。本研究では、動特性解析と連続マルコフ過程モンテカルロ法とをカップリングすることにより直接的に不確かさを考慮した評価を行う。本研究では、第4世代と呼ばれるナトリウム冷却高速炉における除熱源喪失事象(PLOHS)を対象とした解析を実施し、多種多様な放射性物質放出シナリオを評価できる見通しを得た。

論文

Mechanism study of hydrazine electrooxidation reaction on nickel oxide surface in alkaline electrolyte by in situ XAFS

坂本 友和*; 岸 浩史*; 山口 進*; 松村 大樹; 田村 和久; 堀 彰宏*; 堀内 洋輔*; Serov, A.*; Artyushkova, K.*; Atanassov, P.*; et al.

Journal of the Electrochemical Society, 163(10), p.H951 - H957, 2016/08

 被引用回数:9 パーセンタイル:32(Electrochemistry)

The catalytic process takes place on nickel oxide surface of a Ni oxide nano-particle decorated carbon support (NiO/C). In-situ X-ray absorption fine structure (XAFS) spectroscopy was used to investigate the reaction mechanism for hydrazine electrooxidation on NiO surface. The spectra of X-ray absorption near-edge structure (XANES) of Ni K-edge indicated that adsorption of OH$$^{-}$$ on Ni site during the hydrazine electrooxidation reaction. Density functional theory (DFT) calculations were used to elucidate and suggest the mechanism of the electrooxidation and specifically propose the localization of electron density from OH$$^{-}$$ to 3d orbital of Ni in NiO. It is found that the accessibility of Ni atomic sites in NiO structure is critical for hydrazine electrooxidation. Based on this study, we propose a possible reaction mechanism for selective hydrazine electrooxidation to water and nitrogen taking place on NiO surface as it is applicable to direct hydrazine alkaline membrane fuel cells.

論文

Unusual pressure evolution of the Meissner and Josephson effects in the heavy-fermion superconductor UPt$$_3$$

郷地 順*; 住山 昭彦*; 山口 明*; 本山 岳*; 木村 憲彰*; 山本 悦嗣; 芳賀 芳範; 大貫 惇睦

Physical Review B, 93(17), p.174514_1 - 174514_5, 2016/05

 被引用回数:1 パーセンタイル:88.02(Materials Science, Multidisciplinary)

The Josephson effect between a single crystal UPt$$_3$$ and a conventional superconductor Al has been investigated under pressure. A possible change of the superconducting order parameter has been detected at a critical $$P_c$$ where the symmetry-breaking antiferromagnetic order disappears. The conclusion is also supported by the different behaviors observed in Josephson current and penetration depth.

論文

New AESJ thermal-hydraulics roadmap for LWR safety improvement and development after Fukushima accident

中村 秀夫; 新井 健司*; 及川 弘秀*; 藤井 正*; 梅澤 成光*; 阿部 豊*; 杉本 純*; 越塚 誠一*; 山口 彰*

Proceedings of 16th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-16) (USB Flash Drive), p.5353 - 5366, 2015/08

The Atomic Energy Society of Japan developed a New Thermal-Hydraulics Safety Evaluation Fundamental Technology Enhancement Strategy Roadmap (TH-RM) for LWR Safety Improvement and Development after Fukushima-Daiichi Accident through collaboration of utilities, vendors, universities, research institutes and technical support organizations for regulatory body. The revision has been made by three sub working groups (SWGs), by considering the lessons learned from the Fukushima-Daiichi Accident. The safety assessment SWG pursued development of safety assessment computer codes. The fundamental technology SWG pursued safety improvement and risk reduction via improved accident management measures by referring the technical map for severe accident established by severe accident SWG. Twelve important subjects have been identified, and Fact Sheet was developed for each of subjects for research and development. External hazards are also considered how to cope with from thermal-hydraulic safety point of view. This paper summarizes the revised TH-RM with several examples and future perspectives.

論文

Numerical investigation of self-wastage phenomena in steam generator of sodium-cooled fast reactor

Jang, S.*; 高田 孝; 山口 彰*; 内堀 昭寛; 栗原 成計; 大島 宏之

Proceedings of 16th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-16) (USB Flash Drive), p.4275 - 4288, 2015/08

ナトリウム冷却高速炉の蒸気発生器において伝熱管の微小亀裂が徐々に拡大するセルフウェステージ現象について、多次元数値解析コードSERAPHIMを用いた評価手法を構築し、既存実験に対して数値解析を実施した。本評価手法では、亀裂近傍の化学反応を伴う混相流動場を評価する数値解析を実施し、これによって得られた温度と水酸化ナトリウム濃度をパラメータとしたアレニウス型評価式から伝熱管壁のウェステージ量を求め、次いでウェステージ後の構造部形状に整合するように解析メッシュを再構築する。以上の評価手順を繰り返すことで得られた亀裂拡大後サイズ及び形状が実験結果と一致し、構築した評価手法の妥当性を確認した。

論文

Experimental and numerical reaction analysis on sodium-water chemical reaction field

出口 祥啓*; 高田 孝*; 山口 彰*; 菊地 晋; 大島 宏之

Mechanical Engineering Journal (Internet), 2(1), p.14-00029_1 - 14-00029_11, 2015/02

ナトリウム冷却高速炉では冷却材に伝熱特性に優れたナトリウムを用いている。一方、このナトリウムは水蒸気と反応すると化学的に極めて活性な性質を有している。ナトリウム冷却高速炉の設計基準事象の一つとして、蒸気発生器伝熱管の破損により液体ナトリウム中に水が噴出する事象がある。この事象はナトリウム冷却高速炉における伝熱設備に損傷を与えることとなるため、ナトリウム-水化学反応に関する研究は安全上極めて重要となっている。本研究では素反応解析によりナトリウム-水反応機構の解明を目的とした。解析の結果、気相反応においてNa+H$$_{2}$$O=NaOH+Hが主要な素反応であることが示された。

論文

Numerical study on inert gas behavior in fast reactor primary coolant system; Inert gas accumulation at HPP and consideration of gas elimination system

高田 孝*; 小中 祐至*; 山口 彰*; 伊藤 啓; 大野 修司; 大島 宏之

Proceedings of 9th Korea-Japan Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-9) (CD-ROM), 7 Pages, 2014/11

本研究では、高速炉炉心のエントランスノズル部における不活性ガス気泡挙動を理論および数値解析によって評価する。まず、FLUENTコードを用いて3次元流動場の計算を行い、低濃度気泡流に対して適用できるOne-way気泡追跡法による3次元気泡追跡解析を行った。その結果に基づいて、ナトリウム冷却高速炉の高圧プレナム部における気泡蓄積挙動を定量的に評価できるモデルを開発し、フローネットワークコードSYRENAによって評価を行った。さらに、気泡除去(ガス抜き)装置について検討を行うため、様々な対策構造の効果について定量的な評価を行った。

論文

Numerical quantification of self-wastage phenomena in sodium-cooled fast reactor

Jang, S.*; 高田 孝; 山口 彰*; 内堀 昭寛; 栗原 成計; 大島 宏之

Proceedings of 9th Korea-Japan Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-9) (CD-ROM), 8 Pages, 2014/11

ナトリウム冷却高速炉の蒸気発生器において伝熱管の微小亀裂が徐々に拡大するセルフウェステージ現象について、多次元解析コードSERAPHIMを用いた数値解析(定量化)を実施し、拡大後の亀裂サイズを調査した。まず、ナトリウム-水反応によって生じるセルフウェステージ現象を再現するための複数ステップの数値解析手法を考案した。これに基づき、亀裂近傍の化学反応を伴う熱流動特性を得るための2次元解析を実施した。伝熱管壁のウェステージ量は温度と水酸化ナトリウム濃度をパラメータとしたアレニウス型評価式から求め、ウェステージ後の構造部形状に整合するように解析メッシュを再構築した。以上の手順を繰り返すことで評価した亀裂拡大後サイズ及び形状が実験結果と一致することを確認した。

論文

Josephson effect between UPt$$_3$$ and conventional superconductors under pressure

郷地 順*; 住山 昭彦*; 山口 明*; 本山 岳*; 木村 憲彰*; 山本 悦嗣; 芳賀 芳範; 大貫 惇睦

JPS Conference Proceedings (Internet), 3, p.011067_1 - 011067_6, 2014/06

The Josephson critical current $$I_{rm c}$$ between a single crystal UPt$$_3$$ and conventional superconductors has been measured under pressure. The observation of $$I_{rm c}$$ well above the critical pressure 0.25 GPa, together with a Fraunhofer-like pattern in the magnetic field modulation of $$I_{rm c}$$ indicates that the Josephson effect is allowed in the superconducting state of UPt$$_3$$.

論文

Development of level-1 PSA method applicable to Japan Sodium-cooled Fast Reactor

栗坂 健一; 堺 公明; 山野 秀将; 藤田 聡*; 皆川 佳祐*; 山口 彰*; 高田 孝*

Nuclear Engineering and Design, 269, p.268 - 280, 2014/04

 被引用回数:3 パーセンタイル:61.51(Nuclear Science & Technology)

本論文は、ナトリウム冷却型高速炉JSFRに適用可能なレベル1PSA手法の開発について記述する。本研究は、(1)内的事象について受動的安全特性、(2)外的事象(地震)について高速炉用免震システムの新評価手法の開発を目標としている。内的事象評価に関して、原子炉停止失敗による炉心損傷の頻度の評価を実施し、受動的原子炉停止の失敗をイベントツリーモデルにて考慮した。高速炉特有の機器故障率を既存の高速炉の運転経験をもとにプラント間のばらつきを考慮できる階層ベイズ法を適用して評価した。不確実さ解析の結果、主炉停止系と後備炉停止系間での確率パラメータの相関性についての想定が炉心損傷頻度の平均値へ感度を有することがわかった。地震については、免震システムの地震応答解析と感度解析を実施した。その結果、積層ゴムの非線形性が建物と内部機器の応答へ影響することを確認した。

論文

積層ゴムの非線形特性を考慮した免震構造の地震時挙動に関する解析的研究(水平・上下方向特性が独立の場合)

皆川 佳祐*; 藤田 聡*; 山口 彰*; 高田 孝*; 栗坂 健一

日本機械学会論文集,C, 79(804), p.2684 - 2693, 2013/08

Seismic isolation is one of effective and widespread technology that can reduce response acceleration of superstructure. The most popular isolation device is laminated rubber bearing. In general it has linear stiffness against seismic load in the design deformation range. However it has nonlinear stiffness in case of large deformation. That is a hardening property in horizontal direction and a softening property in vertical direction. In the meantime, application of probabilistic safety assessment to seismic evaluation is attracting attention in order to improve seismic resistant reliability. In seismic PSA, accurate numerical simulation is required for not only normal earthquakes but also huge earthquakes that have low occurrence frequency. Therefore to express above-mentioned nonlinearity of rubber bearings is required. Thus this paper describes nonlinear simulation of a seismic isolated structure. Both the hardening characteristics of horizontal direction and the softening characteristics of vertical direction are expressed by multilinear models. Additionally the analysis model of horizontal direction considers a habituation effect of rubber. Response of nonlinear simulation is compared with linear simulation. As a result, it was confirmed that nonlinearity of rubber bearings debases the isolation performance.

論文

Seismic response analysis of isolation system considering coupling effect between horizontal and vertical deformation of rubber bearings

皆川 佳祐*; 藤田 聡*; 山口 彰*; 高田 孝*; 栗坂 健一

Transactions of 22nd International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT-22) (CD-ROM), 9 Pages, 2013/08

積層ゴムを用いた免震システムの原子力発電施設への適用が期待されてきた。一般に積層ゴムは大変形時に非線形特性を示し、水平方向の非線形特性は上下荷重に依存する。よって、これらの非線形性と連成効果を考慮することが重要である。これまでに積層ゴムの非線形性を考慮した免震建屋の地震応答解析結果を報告済みである。本論文では、積層ゴムの水平と上下変形の連成効果を考慮した地震応答解析を数値解析によって研究した。その結果は以下のようにまとめられる。上下動がハードニング開始変位に影響を及ぼすことにより生じる連成効果は水平免震特性を減じた。なお、免震システムは非線形性と連成効果を考慮しても地震力を低減する効果を有している。

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