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論文

国際核融合エネルギー研究センターの高性能計算機システムHeliosを利用した国内シミュレーション研究プロジェクトの進展

石澤 明宏*; 井戸村 泰宏; 今寺 賢志*; 糟谷 直宏*; 菅野 龍太郎*; 佐竹 真介*; 龍野 智哉*; 仲田 資季*; 沼波 政倫*; 前山 伸也*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 92(3), p.157 - 210, 2016/03

幅広いアプローチ協定に基づいて国際核融合エネルギー研究センター(IFERC)の計算機シミュレーションセンター(CSC)に設置された高性能計算機システムHeliosは、2012年1月に運用を開始し、日欧の磁気核融合シミュレーション研究に供用され、高い利用率の実績を示すとともに、炉心プラズマ物理から炉材料・炉工学にわたる広い分野で多くの研究成果に貢献している。本プロジェクトレビューの目的は、国内の大学や研究機関においてHeliosを利用して進められているシミュレーション研究プロジェクトとその成果を一望するとともに、今後予想される研究の進展を紹介することである。はじめにIFERC-CSCの概要を示した後、各研究プロジェクト毎にその目的、用いられる計算手法、これまでの研究成果、そして今後必要とされる計算を紹介する。

論文

Thermal conductivity of U-20 wt.%Pu-2 wt.%Am-10 wt.%Zr alloy

西 剛史; 中島 邦久; 高野 公秀; 倉田 正輝; 有田 裕二*

Journal of Nuclear Materials, 464, p.270 - 274, 2015/09

 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)

U-20wt.%Pu-2wt.%Am-10wt.%Zr合金の熱伝導率は高速炉で用いるマイナーアクチノイド(MA)含有金属燃料の炉心設計に必要不可欠な物性値である。本研究では、2つのU-20wt.%Pu-2wt.%Am-10wt.%Zr合金を調製し、測定した比熱及び熱拡散率を用いて熱伝導率の評価を行った。U-20wt.%Pu-2wt.%Am-10wt.%Zr合金の比熱は金属U及びU-Zr合金の文献値とほぼ一致しており、Pu及びAm添加に伴う影響は小さいことを確認した。一方、U-20wt.%Pu-2wt.%Am-10wt.%Zr合金の熱伝導率はU-Pu-Zr及びU-Pu-MA-Zr合金の文献値よりわずかに高い値を示した。U-Pu-Zr及びU-Pu-MA-Zr合金の文献値はいくつかの仮定に基づいて算出した熱伝導率であるため、実測値との差は文献値の精度の低さに原因があると考えられる。さらに、MA含有金属燃料の炉心設計に必要な誤差を伴う熱伝導率評価式も提唱した。

論文

レーザー誘起ブレークダウン分光法の合金製造への応用

大図 章; 舘 義昭; 有田 裕二*

レーザー研究, 42(12), p.913 - 917, 2014/12

マイナーアクチニドを含む金属核燃料の合金製造時でのるつぼ内の合金溶融表面及びその表面からの蒸発物質のその場元素組成分析を目的として、レーザー誘起ブレークダウン分光分析法を合金製造過程に適用した。ジルコニウム, 銅, サマリウム、及びセリウムを模擬金属として使用した試験では、るつぼ温度に依存して溶融合金表面の元素組成が変動することが観測された。また、るつぼ温度の上昇に従ってるつぼ表面からの蒸発物質の元素組成をも同時に測定することができた。これらの適用試験により、レーザー誘起ブレークダウン分光分析法が合金製造過程の組成調査やるつぼ内の合金の挙動の解明に役立つことが示された。

報告書

原子力施設の廃止措置にかかわる研究,2; AHPによる最適な解体シナリオの検討(共同研究)

芝原 雄司; 石神 努; 森下 喜嗣; 柳原 敏*; 有田 裕二*

JAEA-Technology 2012-038, 72 Pages, 2013/01

JAEA-Technology-2012-038.pdf:3.68MB

原子力施設の合理的な廃止措置を進めるためには、想定されるさまざまな解体手順(解体シナリオ)のプロジェクト管理データを事前に評価し、その結果を用いて最適な解体シナリオを選択することが必要である。廃止措置の研究分野では、最適な解体シナリオの選択のための意思決定にかかわる研究はほとんど行われておらず、今後の重要な検討課題の一つである。原子力機構と福井大学は、解体作業の計画を策定するうえで重要となる意思決定のための方法論にかかわる共同研究を平成21年度に開始した。本研究では、「ふげん」を対象に設備・機器の解体作業に関する幾つかの解体シナリオを想定して、人工数や廃棄物発生量等を計算し、その結果に基づいて幾つかの解体シナリオの中から合理的と考えられるものを選択するロジックを構築することを目的としている。本報告書は、給水加熱器の解体作業を対象に、平成22年度に行った多基準意思決定手法の一つであるAHPを用いた最適な解体シナリオの選択に関する検討の結果とまとめたものである。

論文

J-ACTINET activities of training and education for actinide science research

湊 和生; 小無 健司*; 山名 元*; 山中 伸介*; 長崎 晋也*; 池田 泰久*; 佐藤 正知*; 有田 裕二*; 出光 一哉*; 小山 正史*

Proceedings of International Conference on Toward and Over the Fukushima Daiichi Accident (GLOBAL 2011) (CD-ROM), 5 Pages, 2011/12

アクチノイド科学の研究は、革新的原子力技術の持続的な発展を維持するためには欠くことのできないものである。アクチノイド元素は放射性であるので、それらを取り扱うアクチノイド科学の研究を行うには、閉じ込めや遮へい機能のある特殊な設備が必要である。これらの特殊な施設・設備を維持するには通常よりも費用が掛かるため、大学などにおいてはその数が減少してきている。研究施設の密接な協力のもとに、アクチノイド科学の研究を活性化させるとともに、この分野で活躍する人材を育成するために、J-ACTINETを2008年に設立した。若手研究者に研究のノウハウを継承し、視野を広げてもらうために、研究プログラムを実施した。また、サマースクール及び計算科学スクールを開催し、大学生,大学院生,若手研究者にアクチノイド科学に触れてもらう機会を提供した。これらのスクールでは、講義ばかりではなく、実習を必須のものとして実施した。さらに、大学院生,若手研究者を海外のサマースクールや国際会議に派遣した。

報告書

原子力施設の廃止措置にかかわる研究(共同研究)

芝原 雄司; 石神 努; 森下 喜嗣; 柳原 敏; 有田 裕二*

JAEA-Technology 2011-021, 35 Pages, 2011/07

JAEA-Technology-2011-021.pdf:4.52MB

原子力施設の合理的な廃止措置を進めるためには、そのプロジェクト管理データを事前に評価することに加えて、その結果を用いて想定されるさまざまな解体作業の選択肢(シナリオ)の中から、最適なものを選択することが必要かつ重要である。廃止措置の研究分野では、この選択のための意思決定にかかわる研究はほとんどなされておらず、今後の重要な検討課題である。原子力機構と福井大学は、解体作業の計画を策定するうえで重要となる意思決定のための方法論にかかわる共同研究を平成21年度から開始した。本研究では、ふげんを対象に設備・機器の解体撤去作業に関する幾つかのシナリオを想定して人工数や廃棄物発生量を計算し、その結果に基づいて、幾つかのシナリオの中から合理的と考えられるものを選択するロジックを構築することを目的としている。平成21年度はふげんで実施された給水加熱器の解体撤去作業に基づき、幾つかの解体シナリオを想定して管理データを評価し、多基準意思決定法(MCDA)を用いて最適化にかかわる検討を行った。本報告書は、その研究の成果をまとめたものである。

論文

Preparation of TRU alloys by electrochemical or lithium reduction method

中島 邦久; 岩井 孝; 荒井 康夫; 倉田 正輝*; 中村 勤也*; 有田 裕二*

Proceedings of 10th OECD/NEA Information Exchange Meeting on Actinide and Fission Product Partitioning and Transmutation (CD-ROM), 9 Pages, 2010/00

超ウラン元素(TRU)の核変換用金属燃料の燃料製造や燃料設計開発には、TRU合金の状態図や熱力学データに関する情報が欠かせない。本研究では、これらデータベース構築のための試験に供するTRU合金試料を酸化物原料粉から調製することにした。TRU元素を含んだ数グラムの母合金をその混合酸化物の電解還元により調製したが、Pu酸化物単体の電解還元では試料の表面のみしか金属まで還元が進まないことが判明した。NpやPuを高濃度に含んだ混合酸化物の電解還元については、低融点の金属が生成し難しくなることが予想されたため、リチウム(Li)還元法を適用することでTRUを高濃度に含有した合金試料については調製した。

論文

High temperature heat capacities and electrical conductivities of boron carbides

松井 恒雄*; 有田 裕二*; 内藤 奎爾*; 今井 久

Journal of Nuclear Materials, 186, p.7 - 12, 1991/00

 被引用回数:11 パーセンタイル:23.61

平成元年度の委託研究,高温ガス炉用中性子吸収材料の高温比熱に関する研究をまとめたものである。測定試料はB/C比が、3,4,5のほう素炭化物である。熱容量及び電気伝導度は、高速パルス加熱法により同時に測定した。ほう素炭化物の熱容量は、B/C比が増加するにつれて増加した。一方電気伝導度は、B/Cが4の時が最も小さく、3と5の組成では増加した。電気伝導度のこのような挙動は、伝導機構の変化によるものと考えられる。

口頭

多相溶湯の混合性に及ぼす加熱溶融条件の影響,4

舘 義昭; 浅賀 健男; 有田 裕二*

no journal, , 

使用済燃料に含まれるMAを高速炉により効率的に燃焼させるためにAmなどのMAを均質に含有する合金燃料を射出鋳造法にて製造することを検討している。そのため、MA含有TRU合金燃料を模擬した合金系において、加熱温度や高周波周波数が合金組織の均質性に及ぼす影響について調査した。TRU合金燃料の高密度差や相互の不溶解性に着目し、Cu-Zr系とFe-Cu系を模擬合金系に選択した。小型射出成型装置の高周波誘導加熱により溶解し、射出スラグやるつぼ内合金について光学顕微鏡による組織観察を行った。組織観察の結果、密度差は大きいが相互に溶解するCu-Zr系では合金組織はほぼ均質な組織となり、加熱温度や高周波周波数による大きな違いは認められなかった。一方、相互に不溶解であるFe-Cu系においては、合金組織はいずれの試験条件においても不均質であり、加熱温度や高周波周波数によって大幅な均質性の改善は認められなかったが、高周波周波数が低く、加熱深度が深い方が溶融金属の攪拌が促進される傾向のあることが示唆された。今後、これらの知見に基づき、TRU合金の混合性向上に最適な加熱溶融条件の検討を進める予定である。

口頭

TRU燃焼のための合金燃料設計と製造の基盤技術の開発I,3; TRU低濃度合金調製と相安定性試験

中島 邦久; 岩井 孝; 荒井 康夫; 倉田 正輝*; 中村 勤也*; 有田 裕二*

no journal, , 

本研究では、TRU燃焼のための合金燃料設計に必要なTRU合金状態図や熱力学データ構築のための試験を行うため、これらの試験に供するTRU合金試料を調製して相状態を調べることを目的とした。電解還元法によりTRU含有混合酸化物を還元し、数グラム規模のTRU母合金を調製した。さらに、アーク炉を用いてZr金属などを添加したTRU合金試料を調製した。相安定性試験では、TRU合金試料を焼鈍/急冷し、金相観察することで、析出相の形態,分散状態などを調べた。観察された析出相は、エネルギー分散型X線分析装置(EDX)による組成分析が可能となる大きさの粒径を有しており、TRU合金状態図などの構築に必要な実測データを提供することが可能となった。

口頭

TRU燃焼のための合金燃料設計と製造の基盤技術の開発I,2; アクチニド合金の熱力学データベースの基礎構築

倉田 正輝*; 中村 勤也*; 矢作 昇*; 中島 邦久; 荒井 康夫; 有田 裕二*

no journal, , 

熱力学データ整備はTRU合金燃料の基盤技術開発で最も重要な項目の一つであるが、TRU合金の取り扱い難さのため十分なデータベースが得られていない。実測値の有効利用,効率的な試験条件選定,データベース精度とデータの内外挿性の向上を目的に、CALPHAD法による解析とU-Pu合金(組成U:Pu=7:3)の熱分析試験を行った。熱分析測定値は既報値に比べ、液相線温度が約30K高く、それ以外の相変態温度はほぼ一致した。本測定値に重みを与えた解析によりU-Pu二元系の評価値を修正し、多元系を再評価した。その結果、U-Pu-Zr三元系合金燃料で主要な相となる$$zeta$$相周辺の解析精度が、炉内で重要となる約773$$sim$$1073Kの温度領域で、顕著に向上した。

口頭

TRU燃焼のための合金燃料設計と製造の基盤技術の開発I,5; Am模擬元素の混合性と蒸発抑制手法の検討

舘 義昭; 浅賀 健男; 有田 裕二*

no journal, , 

高速炉において合金形態でTRUを燃焼させるため、TRU含有合金燃料の製造技術の研究を進めている。今回、TRU中のアメリシウム(Am)の混合挙動に着目し、代替元素による評価試験を実施した。また、射出鋳造法による燃料製造において、高蒸気圧元素であるAmの蒸発抑制,蒸発元素回収のための機能について検討を行った。TRU合金を模擬したZr-Cu系にCeを加えたZr-Cu-Ce系に対して、異なるCe含有量となるZr-44Cu-13Ce, Zr-41Cu-17Ce及びZr-33Cu-33Ceを1400$$^{circ}$$Cで加熱溶融し、合金試料の組織観察を行った。組織観察の結果、Ceの含有量が17wt%までは、析出相がほぼ均一に分散している均質な合金組織となったが、析出相はCe量の増加とともに肥大化していた。一方、Ce含有量が33wt%では、肥大化した析出相の分散が均一ではなく分離相になり、合金組織の均質性は大きく崩れていた。これらの結果より、均質な合金組織の形成にはCe含有量に最適値のあることが明らかになり、これはAmに対しても予想され、TRU組成の選定に重要な知見が得られた。一方、高蒸気圧元素であるAmの蒸発抑制には、TRU合金中でのAmの安定性向上とともに、坩堝開口部の縮小や拡散エリアの低減,蒸発元素の効率的回収法の検討の必要が明らかになった。

口頭

TRU燃焼のための合金燃料設計と製造の基盤技術の開発I,8; 多相溶湯における高蒸気圧元素の挙動調査

舘 義昭; 浅賀 健男; 有田 裕二*

no journal, , 

高速炉において合金形態でTRUを燃焼させるため、TRU含有合金燃料の製造技術開発を進めている。TRU合金燃料製造においては高蒸気圧性のアメリシウム(Am)の蒸発損失を防止することが重要であり、多相溶湯中での挙動を把握するため、代替元素を用いた評価試験を実施した。Cu-5SmはCuの母相の周りをCu-Smの第2相が取り囲む組織となっており、状態図から推測される組織と一致し、均質な合金組織であった。また、Zr-40Cu-5SmはZr-Cuを主成分とする母相中にZr-Cu-Sm系の第2相が析出する組織となり、原料金属の溶融順序によって第2相の大きさや分散状態,蒸発量に違いがあった。Zr, Cu, Smを同時に溶融した場合は、母相中に10$$mu$$m程度の微細な第2相が均一に分散した組織となり、CuとSmの溶融後にZrを添加した場合は、第2相のサイズが2$$sim$$5倍となりその分散数も減少した。これは、繰り返し溶融によって第2相同士が結合し粗大化したためと考えられる。一方、溶湯製造時の蒸発量については、原料金属を同時に溶融した場合よりも、Cu-Sm合金にZrを添加するなど溶融手順を変えた場合の方がPt箔上のSm量は少なかった。これは溶湯内ではCuと共存するSmは安定となるが、単体遊離したSmは活性度が高く蒸発しやすいためであると推測する。そのため、高蒸気圧性のSmの挙動は相互溶解性のあるCuの存在に大きく影響され、高蒸気圧元素の制御には溶融手順の最適化が必要かつ有効であると考えられる。

口頭

TRU燃焼のための合金燃料設計と製造の基盤技術の開発I,6; TRU高濃度合金調製と相安定性試験

中島 邦久; 岩井 孝; 荒井 康夫; 倉田 正輝*; 中村 勤也*; 有田 裕二*

no journal, , 

TRU合金状態図や熱力学データ構築のため、試験に供するPuやNpを高濃度に含有したTRU合金試料を酸化物原料粉から調製した。合金試料の調製では、Pu酸化物単体の電解還元では試料表面のみしか金属まで還元が進まないことが判明したため、低融点のPuやNpを多く含有するTRU高濃度合金試料の還元ではリチウム(Li)還元法を採用した。Li還元後の還元生成物については、試料に付随している浴塩を除去後、さらなる合金化のためにアーク溶解を行った。一方、相安定性試験では、合金試料を所定の温度(518$$^{circ}$$C, 650$$^{circ}$$C)においてLiCl-KCl共晶塩中に50時間以上浸漬させた後、瞬時に加熱部分から取り出すことで焼鈍/急冷した合金試料のSEM観察やTRU含有合金中に出現する析出相などの元素分析を行った。さらに、これまでに報告されている状態図との比較から焼鈍/急冷試料の相状態を検討した。

口頭

TRU燃焼のための合金燃料設計と製造の基盤技術の開発I,7; TRU合金中のNpとAmの混合性の解析

倉田 正輝*; 中村 勤也*; 矢作 昇*; 中島 邦久; 有田 裕二*

no journal, , 

これまでにU-Pu-Zr-Np-Am-Fe六元系を構成する15個の二元系の相安定性に関する既報データを収集し、熱力学解析に基づいてアクチニド合金熱力学データベースの基礎を構築してきた。平成20年度新たに取得したNpやAmを含有するTRU合金の相安定性データを用いて改良し、解析精度を向上させた。U-Np-Pu系では、各相のギブスエネルギーが近接するため三元系相互作用パラメータのわずかな差が相状態に大きく影響することがわかった。U-Pu-Am系及びNp-Pu-Am系で得られた相安定性データについては、エネルギー分散型X線分光法による超ウラン元素の定量分析が確立していないため暫定的な評価に留まっているが、予備解析で得られた状態図と定性的に一致する試験結果が得られた。解析精度を向上させるには、Puリッチ相中へのAmの溶解度の評価が重要であることがわかった。

口頭

原子力施設の廃止措置にかかわる研究

芝原 雄司; 森下 喜嗣; 石神 努; 柳原 敏; 有田 裕二*

no journal, , 

我が国では50基以上の原子力発電所が稼動しており、また、運転を停止して廃止措置を進めているものがふげん発電所(以下、「ふげん」)を含めて4基ある。「ふげん」で実施された第3・4給水加熱器室の機器撤去作業の管理データを「既存評価モデル」を用いて計算し、「既存評価モデル」の「ふげん」への適用性についての検討を行い、その結果を用いて想定したシナリオでの人工数を評価・検討した。

口頭

日本アクチノイドネットワーク(J-ACTINET)による人材育成

湊 和生; 小無 健司*; 山名 元*; 山中 伸介*; 長崎 晋也*; 藤井 俊行*; 池田 泰久*; 佐藤 正知*; 有田 裕二*; 出光 一哉*; et al.

no journal, , 

日本アクチノイドネットワーク(J-ACTINET)は、我が国におけるアクチノイド基礎・基盤研究の中核施設を連携するとともに、アクチノイド研究者の研究協力・交流や人材育成を行うことを目的に、2008年3月に設立された。これまでに、アクチノイドの基礎科学及び応用に興味を有する学生及び若手研究者を対象に、J-ACTINETサマースクール2009及び2010を茨城地区と関西地区でそれぞれ開催し、アクチノイドの基礎科学と応用に関する講義とアクチノイドを取り扱った実習を実施してきた。今後、国際原子力人材育成イニシアティブ「日本アクチノイドネットワークによる原子力人材育成(平成22年-平成24年)」の枠組みで、大学生,大学院生及び若手研究者を対象に、サマースクール及びウィンタースクールを開催するとともに、欧州サマースクール及び国際会議へ派遣することにより、講義,実習及び国際経験の機会を増加させ、原子力研究開発及び原子力産業の発展に必須なアクチノイドにかかわるより実践的な研究者・技術者を育成する。

口頭

「ふげん」を対象とした大型機器の最適解体シナリオの検討について,1; 「ふげん」での大型機器解体の概要

手塚 将志; 泉 正憲; 芝原 雄司; 森下 喜嗣; 立花 光夫; 柳原 敏*; 有田 裕二*

no journal, , 

原子力施設の合理的な廃止措置には、事前に幾つかの解体シナリオを想定して人工数や廃棄物量等の管理パラメータを評価したうえで最適な解体シナリオを選定することが肝要である。このため、今後のタービン系復水器や原子炉周辺設備等の解体計画に活用するため、原子力機構と福井大学が共同で管理パラメータ評価手法の検討を進めており、その評価モデルを構築するための入力情報として、平成20年度より解体工事に着手している「ふげん」の解体実績データの取りまとめを行った。

口頭

「ふげん」を対象とした大型機器の最適解体シナリオの検討について,2; 解体シナリオの検討と管理データの評価

芝原 雄司; 手塚 将志; 森下 喜嗣; 立花 光夫; 柳原 敏*; 有田 裕二*

no journal, , 

大型機器の最適な解体シナリオを検討するために、給水加熱器を1例として、想定可能な複数の解体シナリオを検討した。次に、「ふげん」での給水加熱器の解体実績データの分析から得られた評価モデルをもとに、さまざまに想定した解体シナリオに沿った作業階層構造を作成し、管理データの計算を行った。

口頭

多相溶湯製造時のその場レーザー分光分析試験

舘 義昭; 大図 章; 有田 裕二*

no journal, , 

効率的なMA燃焼を目指して、射出鋳造法によるMA含有合金燃料の製造技術開発を行っている。先行研究により構成元素間の相互固溶性が合金組織の均質性に影響することが明らかとなったが、レーザー誘起ブレークダウン(LIBS)分光法により溶湯表面のスペクトル測定を行い、高周波加熱時の撹拌混合状態を調査し、加熱温度や保持時間による撹拌混合挙動を明らかにした。

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