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報告書

高速実験炉「常陽」における原子炉容器内保守・補修技術開発; 炉内ルースパーツの挙動評価

川原 啓孝; 山本 雅也; 富田 悦夫; 高松 操

JAEA-Technology 2012-030, 50 Pages, 2012/09

JAEA-Technology-2012-030.pdf:6.16MB
JAEA-Technology-2012-030-appendix(CD-ROM).zip:21.06MB

「常陽」では、炉内観察結果より、計測線付実験装置(MARICO-2)試料部集合体のハンドリングヘッドとラッパ管継ぎ手を接続する固定ピン6本が脱落していることが確認された。よって、炉内で脱落した固定ピンの原子炉の安全性に対する影響を評価するため、炉内でのルースパーツの挙動を評価した。

報告書

ジルコニウム合金の高温ナトリウムとの共存性

古川 智弘; 加藤 章一; 前田 茂貴; 山本 雅也; 関根 隆; 伊藤 主税

JAEA-Research 2011-039, 20 Pages, 2012/02

JAEA-Research-2011-039.pdf:3.4MB

高速実験炉「常陽」では、炉心平均燃焼度のさらなる向上を目指して、ドライバー燃料領域の周囲に、ジルコニウム(Zr)合金製反射体を適用することが計画されている。本研究では、「常陽」の冷却材であるナトリウム(Na)中におけるZr合金の耐食性の評価を目的として、高温Na中における腐食特性及び機械的強度に及ぼすNa環境の影響を調べた。Na中浸漬試験は、2種類のZr合金を対象に、500$$^{circ}$$C及び650$$^{circ}$$Cの停留及び流動Na中にて実施し、腐食評価の指標となる重量変化量の測定及び金属組織観察を行った。また、同浸漬材料について、大気中でNa浸漬温度と同一温度条件下で引張試験を実施し、浸漬後の強度特性を調べた。

論文

Core modification to improve irradiation efficiency of the experimental fast reactor Joyo

前田 茂貴; 山本 雅也; 曽我 知則; 関根 隆; 青山 卓史

Journal of Nuclear Science and Technology, 48(4), p.693 - 700, 2011/04

高速実験炉「常陽」では、運転用燃料に比べて核物質量の少ない照射試験用集合体を多く装荷しつつ、運転用燃料の利用効率を向上できるようにするため、炉心燃料の高燃焼度に関する炉心改造を計画している。改善方策として、(1)径方向反射体要素の材質をステンレス鋼からジルコニウム合金に変更することで、中性子反射効率を高め、(2)性能試験及びその後の運用実績に基づき、制御棒価値の設計余裕を合理化することにより制御棒の本数を削減し、炉心の平均燃焼度を増加できることを核計算により確認した。これらの方策により、運転用燃料の利用効率改善と「常陽」の照射能力を向上させることができる。

論文

Reduction in degree of absorber-cladding mechanical interaction by shroud tube in control rods for the fast reactor

堂野前 貴子; 勝山 幸三; 舘 義昭; 前田 宏治; 山本 雅也; 曽我 知則

Journal of Nuclear Science and Technology, 48(4), p.580 - 584, 2011/04

長寿命制御棒開発における課題のひとつとして吸収材-被覆管機械的相互作用(ACMI)がある。高速実験炉「常陽」での制御棒寿命は、吸収材料である炭化ホウ素ペレット(B$$_{4}$$C)のスエリングとリロケーションによって引き起こされるACMIによって制限されている。そこで、このACMI抑制のためにB$$_{4}$$Cペレットと被覆管の間のギャップにシュラウド管を挿入した。さらに、ペレット温度を下げるために、ナトリウムをボンド材として採用した。これらの改良の結果、「常陽」制御棒寿命はこれまでの2倍と評価された。本論文では、これらに関する照射後試験結果を報告する。

報告書

実験炉組合せ照射(JRR-3⇔常陽)及びホット施設(WASTEF,JMTRホットラボ,MMF,FMF)の作業計画と作業報告; 長寿命プラント照射損傷管理技術に関する研究開発

松井 義典; 高橋 広幸; 山本 雅也; 仲田 祐仁; 吉武 庸光; 阿部 和幸; 吉川 勝則; 岩松 重美; 石川 和義; 菊地 泰二; et al.

JAEA-Technology 2009-072, 144 Pages, 2010/03

JAEA-Technology-2009-072.pdf:45.01MB

日本原子力研究開発機構は、平成17年10月に日本原子力研究所と核燃料サイクル開発機構との統合によって誕生した。この統合を最大限に利用したプロジェクトが、旧電源開発促進対策特別会計法及び特別会計に関する法律(エネルギー対策特別会計)に基づく文部科学省からの受託事業「長寿命プラント照射損傷管理技術に関する研究開発」である。この「長寿命プラント照射損傷管理技術に関する研究開発」において、材料の照射損傷評価指標の確立に重要な、世界で類のない、高速実験炉「常陽」と研究用原子炉であるJRR-3を利用した組合せ照射材を平成18年から平成19年の約2年間の短期間で取得した。本報告は、これら常陽,JRR-3の実験炉施設及びWASTEF, JMTRホットラボ,MMF, FMFのホット施設を利用した組合せ照射における作業計画から作業結果及び照射試験における照射温度と照射量の評価をまとめたものである。

報告書

地質環境の不確実性評価技術の基礎研究

井尻 裕二*; 服部 弘通*; 鈴木 俊一*; 大石 雅也*; 窪田 茂*; 安達 哲也*; 山本 卓也*

JNC-TJ8400 2001-010, 143 Pages, 2001/03

JNC-TJ8400-2001-010.pdf:10.97MB

高レベル放射性廃棄物地層処分の性能評価においては、地質環境の不確実性の影響を評価することが非常に重要な課題となっている。地質環境の不確実性には、調査試験により得られたデータに伴う不確実性と安全評価に用いる水理地質構造モデルに伴う不確実性がある。本研究では、今後サイト特性調査が進められる幌延の深地層研究所をモデルケースとしてデータ不確実性およびモデル不確実性を低減するためのサイト特性調査の合理化手法を開発するとともに、既に地上からの調査が進められている東濃の超深地層研究所をモデルケースとしてモデル不確実性を低減するためのモデル化手法を確立することを目的とする。幌延の深地層研究所を対象として実施するサイト特性調査の合理化手法の開発においては、調査の各段階における情報に基づいて概念モデルを構築し、概念モデルおよびデータの不確実性を考慮した感度解析を実施して、性能評価結果に対する感度が大きい項目(概念モデルおよびパラメータ)を同定する。この結果に基づいて、概念モデルの不確実性の感度が大きい場合には概念モデルを特定する調査を行い、データの不確実性の感度が大きい場合にはそのパラメータを優先的に取得する調査試験を実施する。このように、性能評価結果に対する感度が大きい項目を優先的に次の調査試験に反映させる調査試験計画の合理化手法を開発する。今年度は基礎研究として、サイト特性調査の合理化の概念を示すとともに、深地層研究施設周辺地域の地形地質情報に基づいて予備的概念モデルを構築し、次年度以降に実施する感度解析に供するパラメータの不確実性について検討を行った。東濃の超深地層研究所を対象として実施するモデル化手法の確立においては、モデルの不確実性に関する検討事例を調査するとともに、東濃で取得されたデータをモデル化の観点から検討した。

報告書

地質環境の不確実性評価技術の基礎研究(概要版)

井尻 裕二*; 服部 弘通*; 鈴木 俊一*; 大石 雅也*; 窪田 茂*; 安達 哲也*; 山本 卓也*; 五十嵐 孝文*; 杉原 豊*

JNC-TJ8400 2001-009, 48 Pages, 2001/03

JNC-TJ8400-2001-009.pdf:10.59MB

高レベル放射性廃棄物地層処分の性能評価においては、地質環境の不確実性の影響を評価することが非常に重要な課題となっている。地質環境の不確実性には、調査試験により得られたデータに伴う不確実性と安全評価に用いる水理地質構造モデルに伴う不確実性がある。本研究では、今後サイト特性調査が進められる幌延の深地層研究所をモデルケースとしてデータ不確実性およびモデル不確実性を低減するためのサイト特性調査の合理化手法を開発するとともに、既に地上からの調査が進められている東濃の超深地層研究所をモデルケースとしてモデル不確実性を低減するためのモデル化手法を確立することを目的とする。幌延の深地層研究所を対象として実施するサイト特性調査の合理化手法の開発においては、調査の各段階における情報に基づいて概念モデルを構築し、概念モデルおよびデータの不確実性を考慮した感度解析を実施して、性能評価結果に対する感度が大きい項目(概念モデルおよびパラメータ)を同定する。この結果に基づいて、概念モデルの不確実性の感度が大きい場合には概念モデルを特定する調査を行い、データの不確実性の感度が大きい場合にはそのパラメータを優先的に取得する調査試験を実施する。このように、性能評価結果に対する感度が大きい項目を優先的に次の調査試験に反映させる調査試験計画の合理化手法を開発する。今年度は基礎研究として、サイト特性調査の合理化の概念を示すとともに、深地層研究施設周辺地域の地形地質情報に基づいて予備的概念モデルを構築し、次年度以降に実施する感度解析に供するパラメータの不確実性について検討を行った。東濃の超深地層研究所を対象として実施するモデル化手法の確立においては、モデルの不確実性に関する検討事例を調査するとともに、東濃で取得されたデータをモデル化の観点から検討した。

報告書

堆積岩を対象とした深地層の研究施設建設に関する検討

姉崎 進*; 杉原 豊*; 五十嵐 孝文*; 山本 卓也*; 安達 哲也*; 鈴木 俊一*; 大石 雅也*

JNC-TJ1410 2000-001, 123 Pages, 2000/03

JNC-TJ1410-2000-001.pdf:10.04MB

None

口頭

寿命プラント照射損傷管理技術に関する研究開発,2; 実炉組合照射(JRR-3$$Leftrightarrow$$常陽)及びホット施設(WASTEF, JMTR-HL, MMF, FMF)作業の計画と実施

松井 義典; 鍋谷 栄昭; 楠 剛; 高橋 広幸; 相沢 雅夫; 仲田 祐仁; 沼田 正美; 宇佐美 浩二; 遠藤 慎也; 伊藤 和寛; et al.

no journal, , 

「長寿命プラント照射損傷管理技術に関する研究開発」の研究の中で、研究炉「JRR-3」及び高速実験炉「常陽」の両炉を用いて、各原子炉の特徴を活かした単独照射材及び相互の組合せ照射材を得るため、東海,大洗のホット試験施設を含めた計画及びH18年度の実施分について報告する。

口頭

高速実験炉「常陽」の照射機能拡大方策の検討,4; フレキシブル中性子照射孔の検討

山本 雅也; 大川内 靖; 伊東 秀明; 青山 卓史

no journal, , 

高速実験炉「常陽」では、これまで以上に幅広い照射ニーズに対応するため、サイクル運転の制約を受けないターンアラウンドの短い照射や常温から高温(500$$^{circ}$$C以上)の範囲での照射を可能にするフレキシブル中性子照射孔の設置について検討している。フレキシブル中性子照射孔は、(1)照射試料を炉内へ挿入して照射する高速中性子照射孔、及び(2)高速中性子ビームを炉心上部へ取り出し、炉心上部で照射試料を照射する高速中性子ビーム孔の2種類の照射装置について検討を進めてきた。ここでは、これらの装置の概念構造の検討及び遮へい評価結果等について報告する。

口頭

リグを再利用したシャトル照射による「常陽」照射試験効率の改善,1; 計画と実績

板垣 亘; 北村 了一; 山本 雅也; 阿部 和幸

no journal, , 

「常陽」では、照射試験コストの低減,照射開始までの期間短縮等、照射試験の効率化を図ることを目的として、照射リグを再利用して複数回の照射試験で照射するシャトル照射技術の開発を進めてきた。シャトル照射の実施にあたっては、分解・再組立が可能な照射リグの構造設計,遠隔操作・汚染管理を考慮した照射リグ移送ルートの整備,許認可及び品質管理・品質保証の手法の確立が必要となる。「常陽」及びFMFでは、燃料・材料の照射試験を通じて、これらの技術開発を段階的に実施し、照射リグSMIR-27を用いた材料照射試験において、シャトル照射技術を完成させた。SMIR-27照射試験では、照射リグを再利用したことにより、従来の照射試験と比較して、製作コストは約1/3,照射試験の準備期間は約1/2,放射性廃棄物発生量は1/4以下となり、照射試験の効率を大幅に改善することができた。今後、本技術を活用していくことにより、高速炉の燃料・材料開発のみならず、「常陽」の外部利用の拡大にも貢献できる。

口頭

高速実験炉「常陽」における照射試験について

板垣 亘; 曽我 知則; 山本 雅也; 関根 隆

no journal, , 

「常陽」では、高速炉の実用化に向けた燃料・材料開発のための照射試験を行っている。これまでの照射試験の成果として、試験燃料で最高燃焼度144GWd/tを達成したほか、燃料溶融限界線出力試験をはじめとする数多くの燃料及び材料の照射試験を実施し、FBR開発のためのデータを蓄積してきた。炉心を高性能化したMK-III炉心では、自己作動型炉停止機構の炉内試験,温度制御型材料照射装置(MARICO)を用いたODS鋼のインパイルクリープ試験,MA含有MOX燃料の照射試験等を実施した。今後は、高速増殖炉サイクル実用化研究開発(FaCT)の一環として、高燃焼度燃料の開発を目的としたODS鋼被覆管MOX燃料の照射試験,高い増殖性能が期待されている金属燃料の照射試験,環境負荷低減を目的とした長寿命核分裂生成物(LLFP)核変換の照射試験等を実施する。また、軽水炉等の高速炉開発以外の原子力分野や、広範な科学分野における研究開発にも「常陽」を活用していくため、照射機能をさらに拡大するための研究開発を進めている。

口頭

高速炉用水素化物中性子吸収材の開発,8; 高速実験炉「常陽」を用いた照射試験計画の概要と中間報告

伊藤 和寛; 山本 雅也; 前田 宏治; 赤坂 尚昭; 原田 晃男; 小無 健司*

no journal, , 

「水素化物中性子吸収材を用いた革新的高速炉炉心に関する研究開発」の一環として、高速実験炉「常陽」を用いた水素化物中性子吸収材及び水素透過防止用コーティングを施した被覆管材料の照射試験を実施した。本報告では、照射試験計画の概要とこれまでに得られた結果を速報する。

口頭

高速炉制御棒の長寿命化,2; 「常陽」Naボンド型制御棒の照射後非破壊試験結果

勝山 幸三; 山本 雅也; 阿部 和幸; 前田 宏治; 永峯 剛; 中村 保雄

no journal, , 

「常陽」において高燃焼度まで照射されたNaボンド型制御棒の非破壊による照射後試験を実施した。その結果、制御要素の著しい変形等はなく、Naボンド型制御棒の健全性と優れたACMI抑制能力を確認した。

口頭

高速炉制御棒の長寿命化,1; 高速炉用制御棒の開発と「常陽」での照射試験

曽我 知則; 山本 雅也; 関根 隆; 青山 卓史

no journal, , 

高速炉制御棒は、通常ステンレス鋼被覆管内に中性子吸収体の炭化ほう素(B$$_{4}$$C)ペレットを装填して制御要素とし、これを束ねた構造である。「常陽」制御棒寿命は、B$$_{4}$$Cペレットのリロケーション及びスエリングに起因する吸収材-被覆管の機械的相互作用(ACMI)によって、約40$$times$$10$$^{20}$$cap/cm$$^{3}$$に制限されていた。高速炉制御棒開発の一環として、この問題を解決し、「常陽」制御棒の長寿命化を図るため、シュラウド管を装着したNaボンド型制御棒の開発に取り組んできた。Naボンド型制御棒は、MK-III炉心第1サイクルから使用を開始し、従来の約2.5倍となる燃焼度約100$$times$$10$$^{20}$$cap/cm$$^{3}$$を達成した。

口頭

長寿命プラント照射損傷管理技術に関する研究開発,2; 実炉組合照射(JRR-3$$Leftrightarrow$$常陽)及びホット施設(WASTEF, JMTR-HL, MMF, FMF)作業の報告

松井 義典; 高橋 広幸; 市瀬 健一; 宇佐美 浩二; 遠藤 慎也; 岩松 重美; 米川 実; 伊藤 和寛; 山本 雅也; 曽我 知則; et al.

no journal, , 

平成18年度から文部科学省の受託事業として「長寿命プラント照射損傷管理技術に関する研究開発」を実施している。この研究開発において、材料の照射損傷評価指標の確立に重要な照射材を高速炉の常陽と研究炉のJRR-3との相互組合せ照射により、約2年間の短期間で取得した。この常陽及びJRR-3の照射を実施するにあたり、日本原子力研究開発機構の大洗研究開発センター及び原子力科学研究所の各原子炉施設及び各ホット施設(WASTEF, JMTR-HL, MMF, FMF)を利用する全体計画,各施設作業及び照射結果等について報告する。

口頭

レベル1 PSAによる高速実験炉「常陽」の確率論的安全評価

川原 啓孝; 井関 淳; 山崎 学; 山本 雅也; 高松 操; 石川 宏樹; 栗坂 健一; 青山 卓史

no journal, , 

高速増殖炉のPSA手法標準化のための技術基盤整備に資するため、高速実験炉「常陽」を対象としたレベル1PSAを行い、出力運転時における内的事象に起因して炉心損傷に至る事故シーケンスを同定し、炉心損傷頻度を定量化した。本研究の結果、「常陽」における炉心損傷頻度は5.0$$times$$10$$^{-6}$$/炉年であり、IAEA INSAG-12に記載されている炉心損傷頻度の目標値である10$$^{-4}$$/炉年(既設炉に対して)及び10$$^{-5}$$/炉年(新設炉に対して)を下回ることを確認した。得られた炉心損傷に至る事故シーケンス及びその発生頻度の定量結果等は、高速炉のPSA実践例として貴重な技術基盤となるものと期待される。

口頭

Development of long-lived control rods for the fast reactor

堂野前 貴子; 勝山 幸三; 舘 義昭; 前田 宏治; 山本 雅也; 曽我 知則

no journal, , 

日本では、ナトリウムボンド型制御棒が開発されている。これらの照射試験は高速実験炉「常陽」にて実施された。このNaボンド制御棒は、B$$_{4}$$ Cの最高燃焼度で100$$times$$10$$^{20}$$cap/cm$$^{3}$$まで照射された。ACMIを制御するために、B$$_{4}$$ Cペレットスタックと被覆管との間にシュラウド管を装荷した。制御棒の内側はナトリウムで充填されている。照射後に、これらの被覆管には目立った変化は見られなかった。一方、B$$_{4}$$ Cペレットが装荷されている高燃焼度領域では、シュラウド管にクラックが観察された。これらの結果より、もし、クラックがシュラウド管に発生したとしても、被覆管の外径増加にはほとんど影響がないことが明らかとなった。シュラウド管により、B$$_{4}$$ Cのリロケーションは制御され、被覆管は100$$times$$10$$^{20}$$cap/cm$$^{3}$$まで安全に照射することができた。

口頭

ナトリウム冷却型高速炉の原子炉容器内観察・補修技術の開発,4-4; 炉内干渉物によるルースパーツの影響評価

川原 啓孝; 高松 操; 山本 雅也; 富田 悦夫

no journal, , 

「常陽」では、炉容器内の観察結果より、MARICO-2試料部のハンドリングヘッドとラッパ管継ぎ手を接続する固定ピン6本がルースパーツとなったことを確認した。ルースパーツである当該固定ピンは、その寸法・形状より、炉心構成要素内に落下した場合にあっても、炉心の安全性に影響を与えない位置に留まる。したがって、固定ピンが炉容器内で浮き上がり、炉容器外へ流出する可能性を確認するため、固定ピンの炉容器内の挙動を評価した。固定ピンを浮き上がらせるのに必要な冷却材上昇速度を理論式により算出し、水流動試験により、その評価値の妥当性を確認した。また、炉容器内の冷却材の流況は、解析コードAQUAの3次元モデルで解析し評価した。その結果、固定ピンを浮き上がらせるのに必要な冷却材上昇速度約1.0m/sに対し、解析で得られた炉内ラック近傍から炉容器出口配管までの流速は十分小さいことが確認できた。以上から、固定ピンが炉容器内の冷却材流動により浮き上がり、炉容器外へ流出し、冷却系機器に影響を与えることはなく、原子炉の安全性に問題がないことを確認した。

口頭

「常陽」における確率論的安全評価,2

山本 雅也; 川原 啓孝; 礒崎 和則; 青山 卓史; 佐藤 一憲; 大島 宏之

no journal, , 

高速実験炉「常陽」では、高速炉のPSA実践例を蓄積するとともに、保安活動の一環としてPSAを実施している。本報では、「常陽」の代表的な事故の周辺環境へのリスクを定量化するためのレベル2以降のPSAの実施計画について報告する。「常陽」におけるレベル2以降のPSAは、保安活動に資するデータを合理的かつ効率的に得るため、発生頻度のスクリーニング基準を10$$^{-7}$$/炉年として評価対象事象を選定した。評価対象事象(炉心損傷に至る可能性のある事象)の頻度の合計は4.6$$times$$10$$^{-6}$$/炉年であり、レベル1PSAで求めた「常陽」の炉心損傷に至る可能性のある事象の大部分を占めている。また、評価対象事象の事故カテゴリーはULOF, UTOP, PLOHSであり、各事故カテゴリーについてイベントツリーを作成し、プラント動特性解析コード(Mimir-N2),起因過程解析コード(SAS4A),熱流動解析コード(AQUA)等により解析する計画とした。

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