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論文

Cause analysis of stress corrosion cracking incident due to polyvinyl chloride cable on glove box

山田 美一; 柴沼 公和

Proceedings of International Nuclear Fuel Cycle Conference / Light Water Reactor Fuel Performance Conference (Global/Top Fuel 2019) (USB Flash Drive), p.648 - 654, 2019/09

グローブボックス健全性を確認するための点検を実施してところ、グローブボックスにクラックが確認された。クラック数は全部で13箇所であり、各々のクラックについて観察を実施した結果、以下に記すとおり応力腐食割れによるものと結論付けられた。グローブボックスに敷設しているPVCケーブルが放射線劣化に伴い生じた塩素に起因する孔食、ステンレス鋼溶接部の鋭敏化(Cr炭化物が結晶粒界に析出することにより、粒界近傍のCr量が低下し、耐粒界腐食性が低下する現象)、及びグローブボックスの溶接箇所における残留応力等に起因する応力腐食割れがGB内側から発生し、GB外側まで進展したものと推定した。

論文

Mechanism of flashing phenomena induced by microwave heating

藤田 峻也*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 湯浅 朋久*; 瀬川 智臣; 山田 美一; 加藤 良幸; 石井 克典

Proceedings of 26th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-26) (Internet), 8 Pages, 2018/07

使用済燃料を再処理する工程において、マイクロ波加熱脱硝法により、硝酸ウラニル・硝酸プルトニウム混合溶液から酸化ウラン・酸化プルトニウム混合酸化物粉末を製造している。将来に向けた量産規模の脱硝技術開発において、マイクロ波加熱時の沸騰中の突沸及び噴きこぼれを防止するため、十分に運転条件を把握することが求められる。本研究においては、高誘電損失の硝酸ウラニル水溶液の模擬物質として塩化カリウム水溶液において、KCl濃度の増加に伴う誘電損失の増加に伴い、溶液表面でマイクロ波が損失することを実験及び電磁場解析により確認し、加熱状態の変化が突沸の発生に影響を及ぼすことを明らかにした。

論文

Flushing phenomena and flow structure by microwave heating

藤田 峻也*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 長南 史記*; 湯浅 朋久*; 八巻 辰徳*; 瀬川 智臣; 山田 美一

Proceedings of 25th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-25) (CD-ROM), 8 Pages, 2017/07

核燃料サイクルにおける使用済み燃料の再処理の転換工程においてマイクロ波加熱脱硝法が使用されている。マイクロ波加熱では沸騰現象を伴うことから、突沸及び噴き零れを避ける運転条件を十分に把握する必要がある。マイクロ波加熱時の突沸現象を明らかにするため、突沸の発生について高速度カメラによる詳細な観察を実施した結果、マイクロ波照射により加熱が進行し単一気泡による突沸に至るケース、気泡の生成と停止が間欠的に起こり、最終的に単一気泡による突沸に至るケース、気泡生成を伴わず蒸発が進行するケースの3種類に分類できることを明らかにした。また、突沸を引き起こす単一気泡周辺の流れ構造の可視化に成功した。さらに、液体表面の微小気泡を観察し、その生成と成長に対する必要熱量とマイクロ波加熱に伴う放出熱量との比較評価を行い、突沸と微小気泡との関係性を明らかにした。

論文

Conceptual design of engineering-scale plant applied the simplified MA-bearing fuel fabrication process

山田 美一; 瀬川 智臣; 加藤 正人

Proceedings of International Conference on Fast Reactors and Related Fuel Cycles; Next Generation Nuclear Systems for Sustainable Development (FR-17) (USB Flash Drive), 8 Pages, 2017/06

日本原子力研究開発機構では、廃棄物処分の負担軽減を目指して、高速炉及び加速器を利用したMA分離変換技術の研究開発を進めている。本研究開発を進めるためには、遠隔保守・補修を可能とした自動化燃料製造ラインを実現する必要がある。今回、燃料製造工程を簡素化した工学的規模のホットセル方式によるMA含有燃料製造施設の概念検討を実施したので報告する。

論文

Influence of the heating method on the particle characteristics of copper oxide powders synthesized from copper nitrate aqueous solutions

瀬川 智臣; 深澤 智典*; Huang, A.-N.*; 山田 美一; 鈴木 政浩; 福井 国博*

Chemical Engineering Science, 153, p.108 - 116, 2016/10

 被引用回数:3 パーセンタイル:79.16(Engineering, Chemical)

使用済み燃料の再処理工程において、マイクロ波加熱直接脱硝法による硝酸ウラニル・硝酸プルトニウム混合溶液から混合酸化物粉末(MOX原料粉末)への転換が行われている。金属硝酸塩水溶液の脱硝により生成される酸化物粉末の形態に対する加熱法の影響を明らかにするため、脱硝によりCu(NO$$_{3}$$)$$_{2}$$・3H$$_{2}$$O水溶液から生成された酸化銅粉末の形態に対する加熱法の影響について研究を行った。得られた粉末の中位径は加熱法に関らず、加熱速度が増加するにつれて減少することが明らかとなった。マイクロ波加熱法は顕著に粒子径が減少し、粒子の形状及び表面の不規則性が増大した。一方、マイクロ波と電気ヒータのハイブリッド加熱法では、最も表面が滑らかで球形の粒子が得られた。また、ハイブリッド加熱法では、マイクロ波加熱よりもシャープな粒子径分布を得られることが明らかとなった。数値シミュレーションにより、ハイブリッド加熱法では、より低いマイクロ波出力で全体を均一に加熱できることが明らかとなった。さらに、加熱法に起因する粉末の形態特性に対し、シミュレーションによるバルクの温度分布とマイクロ波照射により誘起されるCuO粒子で局所的に発生するホットスポットの相違に基づく考察を行った。

論文

Influence of heating method on size and morphology of metallic oxide powder synthesized from metallic nitrate solution

瀬川 智臣; 深澤 智典*; 山田 美一; 鈴木 政浩; 吉田 英人*; 福井 国博*

Proceedings of Asian Pacific Confederation of Chemical Engineering 2015 (APCChE 2015), 8 Pages, 2015/09

核燃料再処理において、マイクロ波加熱脱硝法により硝酸プルトニウム・硝酸ウラニル混合溶液を酸化物粉末に転換している。模擬試料として硝酸銅水溶液を用い、マイクロ波加熱法および赤外線加熱法による酸化銅の合成を行い、昇温速度が粒子形態や粒径に及ぼす影響を評価した。各加熱法により得られた粒子の粒子形態は類似しており、昇温速度の増加に従い粒径が減少する傾向を示した。また、マイクロ波加熱法により得られた粒子は赤外線加熱法に比べて粒径が小さく、粒度分布がブロードになる等の特徴を有することを確認した。マイクロ波照射時に試料に発生する温度分布と粒度分布との関係性について、数値シミュレーションによる検討を行った。

論文

The Criteria of flushing phenomena under microwave heating

八巻 辰徳*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 瀬川 智臣; 川口 浩一; 山田 美一; 藤井 寛一*

Journal of Nuclear Science and Technology, 52(2), p.241 - 250, 2015/02

 被引用回数:3 パーセンタイル:62.98(Nuclear Science & Technology)

日本ではマイクロ波加熱脱硝(MH)法により、使用済み燃料から回収したU-Pu混合硝酸溶液からU-Pu混合酸化物(MOX)粉末が得られる。このMH法によって得られたMOX粉末はFBR用MOX燃料として利用される。MH法では沸騰現象が伴うことから、将来に向けた量産規模の脱硝技術開発には、突沸及び噴きこぼれを避ける運転条件を把握する必要がある。そこで本研究では、マイクロ波加熱時の沸騰現象の解明を目的とし、解明への第一ステップとして蒸留水を用いた実験を実施した。突沸は単一気泡の発生がトリガーとなって突沸に発生に至ることが観測された。また、突沸現象の発生限界は、液体に吸収される熱量と液面から放出される熱量に相関することが明らかとなった。

論文

Development of continuous sintering equipment for MOX fuel fabrication

山田 美一; 栗田 一郎; 鈴木 一敬; 品田 健太; 加藤 光昭*

Proceedings of International Conference on Nuclear Energy System for Future Generation and Global Sustainability (GLOBAL 2005) (CD-ROM), 5 Pages, 2005/10

MOX燃料加工施設であるプルトニウム燃料第三開発室のFBR燃料製造ラインにおけるグローブボックス一体型連続焼結設備について、国内技術により設計製作を行い保守性及び安全性の向上を図った。

口頭

The Pellet grinding and inspection equipment

山田 美一; 鈴木 嘉浩*

no journal, , 

ペレット仕上検査設備の概要、及び研削機,粉末回収装置,密度測定装置,外観検査装置の紹介。

口頭

簡素化ペレット法によるMOX燃料製造技術開発,3; ダイ潤滑成型技術開発

須藤 勝夫; 沖田 高敏; 武内 健太郎; 高野 龍雄; 加藤 明文*; 芳賀 哲也; 山田 美一; 木原 義之

no journal, , 

FaCTプロジェクトにおいて、簡素化ペレット法によるMOX燃料製造技術として、ダイ潤滑成型技術開発を進めている。これまでに、潤滑剤の選定,潤滑手法,ダイ潤滑成型試験及びダイ潤滑を模擬したMOX試験等を実施し、これらの技術成果をもとにダイ潤滑試験装置の設計,製作を実施した。本報告では、小規模のMOX試験用に整備したダイ潤滑成型装置のコールド試験結果について報告する。評価項目は、金型壁面への潤滑剤の塗布状況,下パンチに取り付けたロードセルによる成型体抜き出し荷重,潤滑剤切り出し精度,ペレットへの潤滑剤移行量及び成型速度である。試験の結果、潤滑剤が金型壁面全体に均一に塗布されており、成型体抜き出し荷重も現行の成型法と同等であり、潤滑剤切り出し精度も良好であった。また、成型速度については将来のMOX燃料製造プラントの設計に求められる成型速度である7.5サイクル/分・パンチを満足することができた。

口頭

Study on flushing phenomena by microwave heating

八巻 辰徳*; 金子 暁子*; 阿部 豊*; 瀬川 智臣; 川口 浩一; 山田 美一; 鈴木 政浩; 藤井 寛一*

no journal, , 

核燃料サイクルにおける脱硝転換工程では、マイクロ波加熱直接脱硝法により使用済み燃料の再処理溶液(硝酸プルトニウム・ウラン混合溶液)からMOX(UO$$_{2}$$+PuO$$_{2}$$)原料粉末を製造している。従来の平皿容器に比べて高速・大容量が期待された円筒容器では、マイクロ波加熱時に突沸による噴き零れ現象が発生したことから、これらマイクロ波加熱時の突沸及び噴き零れのメカニズムを解明するために研究を行った。容器直径と初期液位の関係を調べた結果、マグネトロン出力が一定の場合、容器の直径が小さく、液位が高いほど突沸が発生しやすいことがわかった。また、突沸直前は過加熱状態にあることを確認した。

口頭

マイクロ波加熱による突沸現象に関する研究

八巻 辰徳*; 金子 暁子*; 阿部 豊*; 瀬川 智臣; 川口 浩一; 山田 美一

no journal, , 

日本では原子炉の使用済燃料の再処理施設の脱硝転換工程にマイクロ波加熱脱硝法が採用されている。脱硝転換工程のスケールアップを検討するにあたり、脱硝容器形状の最適化のため、加熱脱硝時に生じる溶液の沸騰現象の可視化観測を実施した。容器直径,初期液位,マグネトロン出力が突沸の発生に及ぼす影響を評価し、突沸の発生機構やその支配因子を明らかにした。

口頭

マイクロ波加熱における過渡沸騰現象に及ぼす誘電特性の影響

八巻 辰徳*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 金川 哲也*; 北澤 敏秀*; 瀬川 智臣; 川口 浩一; 山田 美一

no journal, , 

マイクロ波加熱脱硝法の量産規模での実用化のためには、マイクロ波加熱時の突沸や吹き零れといった過渡沸騰現象を防止しつつ、容器形状やマイクロ波出力の設計条件を最適化する必要がある。再処理溶液を模擬したイオン性溶液を用い、KCl濃度をパラメータとしてKCl水溶液の沸騰挙動及び対流挙動を測定した結果、KCl濃度が増加するに従い、突沸が発生しにくくなり、対流挙動に渦構造が形成され、乱れが大きくなることがわかった。また、KCl寒天の温度分布を観測結果から、水寒天では主に中心部が加熱される一方、KCl寒天では周辺部が加熱されており、水とKCl溶液の誘電特性の違いが突沸の発生条件及び沸騰挙動に大きく影響することが明らかとなった。

口頭

マイクロ波加熱における過渡沸騰現象の発生限界と発生機構

八巻 辰徳*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 金川 哲也*; 北澤 敏秀*; 瀬川 智臣; 川口 浩一; 山田 美一

no journal, , 

再処理施設の脱硝転換工程では、マイクロ波加熱脱硝法によって使用済燃料から回収された硝酸ウラン,プルトニウム混合溶液をMOX原料粉末に転換する。本研究は、突沸・吹き零れといった過渡沸騰現象を防止し、最適な設計条件を把握するため、突沸現象の発生限界及び発生機構を解明することを目的とする。蒸留水の吸収熱量と液面から放出される熱量との相関性を評価することにより、突沸の発生限界を明らかとした。

口頭

マイクロ波による混合溶液の加熱特性に関する基礎研究,1; マイクロ波による混合溶液の加熱特性

長南 史記*; 阿部 豊*; 湯浅 朋久*; 金子 暁子*; 瀬川 智臣; 山田 美一

no journal, , 

核燃料サイクルの再処理工程において、マイクロ波加熱脱硝法(MH法)により硝酸ウラニル・硝酸プルトニウム混合溶液を混合酸化物(MOX)原料粉末に転換している。処理能力向上のためにはマイクロ波加熱時の混合溶液の突沸・吹き零れといった過渡沸騰現象を防止し、装置や運転条件を最適化する必要がある。本研究では、試料容器下部に設置したサポーターの高さに注目し、サポート高がマイクロ波照射時の溶液の加熱特性に及ぼす影響を評価した。また、電磁場解析シミュレーションによるマイクロ波オーブンモデルの解析・評価を行い、実験結果との相関を調べた。これらの結果を基に、マイクロ波オーブン内の最適なサポート高について検討した。本研究により、サポート高が試料のマイクロ波加熱効率に対して重要なパラメータの一つであることが明らかとなった。

口頭

マイクロ波加熱時の対流挙動と加熱効率に及ぼすサポート高さの影響

長南 史記*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 金川 哲也*; 湯浅 朋久*; 瀬川 智臣; 山田 美一

no journal, , 

核燃料サイクルにおいては、使用済み核燃料を硝酸で溶解し、マイクロ波加熱脱硝法により、混合酸化物(MOX)原料粉末に転換している。処理能力向上のためにはマイクロ波加熱時の混合溶液の突沸・吹き零れといった過渡沸騰現象を防止しつつ、装置や運転条件を最適化する必要がある。本研究では、試料容器下部に設置したサポート高さに着目し、サポート高さがマイクロ波照射時の溶液の加熱特性に及ぼす影響を評価するため、加熱効率及び寒天を用いた加熱部位の測定、また電磁場解析シミュレーションによるマイクロ波加熱オーブンモデルの解析・評価を行い、誘電体サポートの高さが加熱効率や被加熱部位に大きく影響することを確認した。

口頭

Technological investigation of the simplified MA-bearing fuel fabrication process for fast reactors and accelerator driven systems

山田 美一; 川口 浩一; 瀬川 智臣; 松村 達郎; 加藤 正人

no journal, , 

日本原子力研究開発機構では、廃棄物処分の負担軽減を目指して、高速炉及び加速器を利用したMA分離変換技術の研究開発を進めている。一方、燃料製造コスト低減を目指して、燃料製造工程を簡素化した燃料製造法についても研究開発を進めている。今回、高速炉及び加速器へMA含有燃料を供給するための技術検討として、模擬粉末を用いて簡素化燃料製造法によるMA含有燃料製造試験を実施した。原料粉末は転動造粒することによって流動性が良くなるとともに、ダイ潤滑成型により得られた燃料ペレット外観もクラック等は観察されずに良好であった。また、粒子は均一に分散していることも確認された。結果として、簡素化燃料製造法は高速炉同様、加速器向けの燃料製造法としても有効であることがわかった。

口頭

マイクロ波による突沸現象の発生機構

藤田 峻也*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 長南 史記*; 湯浅 朋久*; 八巻 辰徳*; 瀬川 智臣; 山田 美一

no journal, , 

核燃料サイクルの再処理工程において、マイクロ波加熱脱硝法が使用されている。マイクロ波加熱では沸騰現象を伴うことから、突沸及び吹き零れを避ける運転条件を十分に把握する必要がある。マイクロ波加熱時に生じる溶液の突沸現象の発生機構の解明を目的とし、核生成時の詳細観測を行い、突沸現象前後における熱量の関係から突沸現象の発生機構の考察を行った。気泡生成・成長に必要な熱量と突沸により放出された熱量を比較した結果、両者は概ね等しい値であることを確認した。突沸現象とは過熱液相から微小気泡が瞬時に無数に発生・成長することにより、水が急激に噴き出される現象であると考えられる。

口頭

マイクロ波加熱によるマイクロ波挙動と加熱特性

長南 史記*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 金川 哲也*; 藤田 峻也*; 湯浅 朋久*; 瀬川 智臣; 山田 美一

no journal, , 

核燃料サイクルにおいて、使用済み核燃料の再処理溶液からウラン・プルトニウム混合酸化物(MOX)を製造する際にマイクロ波加熱脱硝法が使用されている。処理能力向上のためにはマイクロ波加熱時の混合溶液の突沸・吹き零れといった過渡沸騰現象を防止し、装置や運転条件を最適化する必要がある。試料容器下部に設置した誘電体サポートがマイクロ波照射時の溶液の加熱特性に及ぼす影響を明らかにするため、加熱部位に対するサポート高さとの関係を評価した。被加熱物である水寒天の内部断面の温度分布測定により、その加熱部位は誘電体サポート高さの影響を受けることが判明した。また、電磁場解析シミュレーションにより、マイクロ波は定常波様となっており、被加熱物の加熱に強く影響していることが明らかとなった。

口頭

マイクロ波加熱による突沸現象の発生メカニズム

藤田 峻也*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 湯浅 朋久*; 瀬川 智臣; 山田 美一

no journal, , 

核燃料サイクルの再処理工程において、硝酸ウラニル・硝酸プルトニウム混合溶液をプルトニウム・ウラン混合酸化物(MOX)原料粉末に転換するため、マイクロ波加熱脱硝法が使用されている。マイクロ波加熱では沸騰現象を伴うことから、突沸及び噴き零れを避けるため、運転条件を十分に把握する必要がある。本研究では、マイクロ波加熱時に生じる突沸現象の発生機構の解明を目的として、液面近傍での微小気泡生成・成長挙動の可視化観測を行い、気泡径の計測、核生成頻度の算出により、微小気泡生成・成長に必要な熱量を推定した。突沸によって放出された熱量との比較検討を行った結果、突沸により放出される熱量と微小気泡生成・成長に必要な熱量がオーダーで一致することを確認した。

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