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論文

Recent activities in the field of reactor physics

福島 昌宏; 東條 匡志*

Journal of Nuclear Science and Technology, 56(12), p.1061 - 1062, 2019/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

核分裂による原子炉の根本的な問題を取り扱う炉物理は、革新的な原子炉を含む様々な炉型の安全性や設計研究において重要な役割を果たす。本稿では、炉物理の分野における近年の活動から、Journal of Nuclear Science and Technologyを含む科学誌に発表されたいくつかの優れた研究をまとめる。

論文

Study on loss-of-cooling and loss-of-coolant accidents in spent fuel pool, 2; Fuel cladding oxidation

根本 義之; 加治 芳行; 金沢 徹*; 中島 一雄*; 東條 匡志*

Proceedings of 27th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-27) (Internet), 8 Pages, 2019/05

使用済燃料プールでの事故解析を目的としたシビアアクシデントコードの高度化においては、被覆管材料の当該事故条件での酸化モデルの構築及びその導入が必要である。著者らは短尺の被覆管試料を用いた当該事故模擬の温度条件、環境条件での熱天秤を用いた酸化試験結果に基づき、酸化モデルの構築を行った。また長尺の被覆管試料を用いた当該事故模擬条件での酸化試験を行い、酸化モデルによる解析結果と実験結果について比較検討を行い、酸化モデルの検証を行った。酸化試験においては酸化反応による雰囲気中の酸素欠乏に関しても実験及び解析による評価を行い、その結果に基づき、雰囲気中の酸素欠乏の被覆管酸化挙動に及ぼす影響や、それを考慮した今後の酸化モデルの高度化について議論を行なった。

論文

Study on loss-of-cooling and loss-of-coolant accidents in spent fuel pool, 4; Investigation of fuel loading effects in BWR spent fuel rack

東條 匡志*; 金沢 徹*; 中島 一雄*; 岩本 達也*; 小林 謙祐*; 後藤 大輔*; 根本 義之; 加治 芳行

Proceedings of 27th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-27) (Internet), 13 Pages, 2019/05

沸騰水型軽水炉の使用済燃料プールにおける、冷却水損失,冷却不全等による事故時の安全性向上を目的として、使用済み燃料ラック内における燃料配置手法の検討を3次元解析に基づいて実施した。その際、崩壊熱の正確な評価、ラック体系の熱伝達評価による燃料温度の把握、破損時の幾何形状なども考慮した臨界性等について考慮する必要がある。本研究においては、これらに関してそれぞれ3次元体系の解析コードによる評価を行い、それらの結果を総合的に検討することにより、事故進展に及ぼす燃料配置の影響について議論を行なった。またそれらの知見に基づき、安全性向上に寄与しうる燃料配置手法について考察を行なった。

論文

Study on loss-of-cooling and loss-of-coolant accidents in spent fuel pool, 1; Overview

加治 芳行; 根本 義之; 永武 拓; 吉田 啓之; 東條 匡志*; 後藤 大輔*; 西村 聡*; 鈴木 洋明*; 大和 正明*; 渡辺 聡*

Proceedings of 27th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-27) (Internet), 8 Pages, 2019/05

本研究では、使用済燃料プール(SFP)の事故時における燃料被覆管の酸化モデル及びSFPに設置されたスプレイの冷却性能を評価するための数値シミュレーション手法を開発した。これらをMAAPやSAMPSONのようなシビアアクシデント(SA)解析コードに組み込み、SFPの事故時解析を実施した。数値流体力学コードを用いた解析を実施し、SA解析コードの結果と比較することにより、SFP事故の詳細を検討した。さらに、3次元臨界解析手法を開発し、SFPにおける使用済燃料のより安全な燃料配置について検討した。

論文

Influence of the air/steam mixing ratio in atmosphere on zirconium cladding oxidation in spent fuel pool accident condition

根本 義之; 加治 芳行; 小川 千尋*; 中島 一雄*; 東條 匡志*

Proceedings of 2017 Water Reactor Fuel Performance Meeting (WRFPM 2017) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2017/09

使用済み燃料プールの冷却水損失事故に対応するためには、事故時に想定される空気中または空気と水蒸気の混合した雰囲気中でのジルコニウム被覆管の高温酸化挙動の把握が重要である。本研究では空気と水蒸気の混合した雰囲気中でのジルカロイ2及び4の酸化試験を行い、混合比の影響について600$$^{circ}$$Cから1100$$^{circ}$$Cの温度域での評価を行った。その結果、ジルカロイ2は900$$^{circ}$$Cから1000$$^{circ}$$C、ジルカロイ4は800$$^{circ}$$Cから1000$$^{circ}$$Cの範囲で、空気と水蒸気の混合雰囲気中での酸化速度が乾燥空気中や水蒸気中よりも速くなった。この傾向は酸化層に割れが入った、酸化過程の後半において、より顕著に見られた。この結果は、使用済み燃料プール事故解析を目的とした酸化モデルの構築においては、空気と水蒸気の混合雰囲気中での酸化挙動の考慮が重要であることを示していると考えられる。

論文

Investigation of Zircaloy-2 oxidation model for SFP accident analysis

根本 義之; 加治 芳行; 小川 千尋; 近藤 啓悦; 中島 一雄*; 金沢 徹*; 東條 匡志*

Journal of Nuclear Materials, 488, p.22 - 32, 2017/05

AA2016-0383.pdf:0.86MB

 被引用回数:1 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)

これまでにジルカロイ2被覆管の熱天秤による空気中酸化試験を行ったが、本研究ではそのデータに基づいて使用済み燃料プール(SFP)事故時の被覆管の酸化挙動の解析に適用可能な酸化モデルの構築を行った。その検証にあたり長尺被覆管の酸化試験に関して当該酸化モデルを適用した数値流体解析を行った。酸化試験はSFP事故を模擬した空気流量条件中で高温の温度勾配を付与して実施した。構築した酸化モデルを適用した解析は酸化試験での被覆管表面の酸化皮膜及び多孔質な酸化層の成長をよく再現し、酸化モデルの妥当性が確認できた。本研究の試験条件の範囲では空気流量条件の酸化挙動への影響は明らかには見られなかった。

論文

使用済み燃料プール事故条件での燃料被覆管酸化挙動

根本 義之; 加治 芳行; 小川 千尋; 中島 一雄*; 東條 匡志*

材料と環境, 66(5), p.180 - 187, 2017/05

使用済み燃料プール(SFP)の冷却不全または冷却水損失による重大事故が発生した場合、使用済み燃料被覆管は空気中に露出し、崩壊熱による温度上昇が起こる。そのため空気中での被覆管の高温酸化の研究を行うことがSFPの安全性評価のために重要である。本研究では、燃料被覆管材料であるジルカロイ2(Zry2)およびジルカロイ4(Zry4)を用いて、温度および空気の流量を変化させた条件における熱天秤による酸化試験を行った。熱天秤の試験では試験温度の上昇に伴い酸化速度が上昇する傾向が見られたが、使用済み燃料ラック内でSFP事故時に想定される空気の流量範囲では、Zry2の場合は950$$^{circ}$$C以下、Zry4の場合は1050$$^{circ}$$C以下で明らかな流量の影響は見られなかった。一方、それ以上の温度では、流量が高い場合に酸化速度が顕著に速くなる傾向が見られ、その傾向は温度が高いほど顕著に現れた。空気中における酸化過程の詳細検討のため、酸化試験後、酸化層の詳細観察を行い、重量変化データとの比較を行った。その結果、重量変化は表面酸化膜の割れ以前の過程では、試料表面での緻密な酸化膜の成長に依存し、表面酸化膜の割れ以降の過程では、酸化膜の割れの下層での多孔質な酸化層の成長に依存することが明らかになった。

論文

使用済み燃料プール事故時の燃料被覆管の酸化挙動に関する研究

根本 義之; 加治 芳行; 小川 千尋; 中島 一雄*; 東條 匡志*; 後藤 大輔*

腐食防食協会第62回材料と環境討論会講演集(CD-ROM), p.23 - 24, 2015/11

使用済み燃料プール(SFP)における冷却材喪失事故時の安全性向上に関する研究として、燃料破損につながる燃料被覆管の高温空気中での酸化挙動を把握するために、被覆管の短尺試料の均熱条件での酸化試験と長尺試料にSFPの水位低下時を模擬した温度分布を与えた条件での酸化試験を実施し、燃料被覆管の酸化挙動に及ぼす温度勾配及び予備酸化皮膜の影響に関する知見を得た。

口頭

使用済み燃料プールの事故時の安全性向上に関する研究,2; 燃料被覆管の空気中酸化挙動

根本 義之; 加治 芳行; 中島 一雄*; 東條 匡志*; 後藤 大輔*

no journal, , 

使用済み燃料プール(SFP)水位低下時の事象解析を目的とした重大事故解析コードの高度化においては、高温の被覆管材料の空気中での酸化挙動のモデル化及びコードへの取り込みが必要である。そのため著者らは、長尺の被覆管にSFP水位低下時を模擬した温度分布を与えた条件での酸化試験と、被覆管の小型サンプルの酸化試験を並行して実施し、その結果の比較から、酸化モデルの構築及び実炉のSFP条件への適用性検討を行うこととした。本報では、二つの酸化試験の結果及び今後の試験計画等について報告する。

口頭

使用済み燃料プールの事故時の安全性向上に関する研究,1; 全体計画

加治 芳行; 根本 義之; 高瀬 和之; 東條 匡志*; 後藤 大輔*; 岩田 豊*; 大竹 幸彦*; 西村 聡*; 鈴木 洋明*

no journal, , 

使用済燃料プールの冷却機能が喪失し、燃料集合体が破損に至る事故において、どのように事象が進展し、スプレイ散水、燃料配置変更等の安全対策がどの程度機能していくかを重大事故解析手法により定量的に評価する。本発表では、全体計画を報告する。

口頭

使用済み燃料プールの事故時の安全性向上に関する研究,3; 崩壊熱特性と事故時の被覆管温度評価

小林 謙祐*; 後藤 大輔*; 東條 匡志*; 池原 正*; 加治 芳行; 根本 義之

no journal, , 

使用済燃料プール重大事故想定時の温度を評価して潜在リスクを監視することを検討している。ここでは、BWR炉心の詳細燃焼解析により燃料崩壊熱を評価し、さらにそれらの燃料が使用済燃料ラック内で露出した場合の被覆管温度を、ラック構造、水位、照射後時間などをパラメータとして評価した結果について報告する。

口頭

JAEA studies on spent fuel pool severe accident, 1; Results of cladding air oxidation experiments

根本 義之; 小川 千尋; 加治 芳行; 中島 一雄*; 東條 匡志*; 後藤 大輔*

no journal, , 

使用済み燃料プール(SFP)水位低下時の事象解析を目的とした重大事故解析コードの高度化においては、高温の被覆管材料の空気中での酸化挙動のモデル化及びコードへの取り込みが必要である。そのためわれわれは、長尺の被覆管にSFP水位低下時を模擬した温度分布を与えた条件での酸化試験と、被覆管の小型サンプルの酸化試験を並行して実施し、その結果の比較から、酸化モデルの構築及び実炉のSFP条件への適用性検討を行うこととした。本報では、二つの酸化試験の結果及び今後の試験計画等について報告する。

口頭

使用済み燃料プール事故時の燃料被覆管の酸化挙動に関する研究,2

根本 義之; 加治 芳行; 小川 千尋; 中島 一雄*; 東條 匡志*; 金沢 徹*; 後藤 大輔*

no journal, , 

使用済み燃料プール(SFP)における冷却材喪失事故時の安全性向上に関する研究として、燃料破損につながる燃料被覆管の高温空気中での酸化挙動を把握するために、被覆管の短尺試料の均熱条件での酸化試験と長尺試料にSFPの水位低下時を模擬した温度分布を与えた条件での酸化試験を実施し、燃料被覆管の酸化挙動に及ぼす温度及び空気の流量の影響に関する知見を得た。

口頭

使用済み燃料プールの事故時の安全性向上に関する研究,7; 被覆管の空気中酸化のモデル化検討

根本 義之; 加治 芳行; 小川 千尋; 中島 一雄*; 東條 匡志*

no journal, , 

使用済み燃料プール(SFP)における水位低下及び冷却水損失事故時の安全性向上のための対策技術等の評価のためには、燃料破損につながる燃料被覆管の空気中での高温酸化挙動を把握し、その酸化モデルを解析コードに組込み、精度の高い事故解析を可能にすることが必要である。本研究では、燃料被覆管材料のジルカロイ2を用いて温度及び空気の流量を変化させた条件における酸化試験を行い、酸化モデルの構築を行った。また長尺被覆管の空気中での酸化試験を行い、その試験をモデル化した数値流体力学(CFD)解析を行った。その際、構築した酸化モデルを用いた解析を行い、試験結果と解析結果の比較を行う事により、酸化モデルについて検討を行った。講演ではこの他研究の全体計画についても紹介する。

口頭

使用済み燃料プールの事故時の安全性向上に関する研究,9; 3次元解析手法によるBWR燃料の定常熱伝達解析手法による温度評価

後藤 大輔*; 東條 匡志*; 小林 謙祐*; 根本 義之; 加治 芳行

no journal, , 

BWR使用済燃料ラック体系の定常熱伝達解析手法を用いて、シビアアクシデント解析手法MAAPとの比較、及び使用済燃料の配置に依存した燃料被覆管温度評価を行い、使用済燃料プール(SFP)水位低下時の燃料温度抑制に有効な配置の考え方を検討した。

口頭

使用済み燃料プールの事故時の安全性向上に関する研究,10; BWR燃料のチャンネルボックス内外の水位差が臨界に及ぼす影響評価

小林 謙祐*; 東條 匡志*; 後藤 大輔*; 根本 義之; 加治 芳行

no journal, , 

BWRの角管ラックにおいては、部分水位となった場合、チャンネルボックス内外の水位差により、実効増倍率が大きくなる影響が指摘されている。現実的なBWR燃料の様々な照射状態を仮定し、比較的低圧状態まで試験されているボイド相関式により、チャンネルボックス内のボイド率や内外の水位差を評価し、これらの水密度条件を考慮したモンテカルロ臨界解析により、水位差の影響を評価した。

口頭

使用済み燃料プールの事故時の安全性向上に関する研究,13; 被覆管酸化モデルに関する検討

根本 義之; 加治 芳行; 小川 千尋*; 中島 一雄*; 金沢 徹*; 東條 匡志*

no journal, , 

使用済燃料プール(SFP)の事故解析には、被覆管の当該事故条件での酸化モデルの構築が必要である。本研究では、長尺被覆管の温度が空気中で徐々に上昇する事故条件での酸化試験結果と、これまでに構築した空気中酸化モデルによる解析結果について比較を行い、酸化モデルの妥当性及び改良について検討した。

口頭

燃料被覆管の酸化挙動に及ぼす環境と温度の影響

根本 義之; 加治 芳行; 小川 千尋*; 中島 一雄*; 東條 匡志*

no journal, , 

使用済燃料プール(SFP)における冷却水喪失事故を想定した安全性向上研究として、燃料破損につながる燃料被覆管の高温での酸化挙動を把握することは重要である。SFP過酷事故時の燃料プール内の雰囲気は、空気と水蒸気の混合した雰囲気となる場合があると予測される。これまでにわれわれは、日本製の被覆管材料を用いた乾燥空気中での酸化試験を実施し、酸化モデルを提案してきた。しかし、空気と水蒸気が混合した環境での知見は十分でないことから、日本製のZry4を用いてSFP過酷事故を想定した雰囲気の流量条件での酸化試験を行い、SFP過酷事故条件での被覆管材料の酸化挙動に及ぼす温度及び雰囲気中の空気と水蒸気の混合比の影響について検討を行った。

口頭

使用済み燃料プールの事故時の安全性向上に関する研究,21; 被覆管酸化モデルに関する検討

根本 義之; 鬼澤 崇*; 加治 芳行; 中島 一雄*; 金沢 徹*; 東條 匡志*

no journal, , 

使用済み燃料プール(SFP)冷却水の損失または水位低下による事故の解析を目的とした重大事故解析コードの高度化のため、本研究ではこれまでに被覆管の空気中での高温酸化挙動のモデル化、及びSFP冷却水損失事故を模擬した条件での長尺被覆管の酸化試験を行い、酸化モデルによる解析結果と酸化層成長の測定結果がよく一致することを報告した。SFP事故では被覆管が空気と水蒸気の混合雰囲気中で高温酸化する条件も考えられるが、これまでの熱天秤での試験では、その場合、空気中よりも被覆管酸化が速くなる結果が示されている。本研究では空気と水蒸気の混合雰囲気中での酸化モデルの構築及び検証試験を行い、モデルの妥当性及び改良について検討した。

口頭

使用済み燃料プールの事故時の安全性向上に関する研究,23; 被覆管酸化反応を考慮したSFP事故事象のCFD解析

東條 匡志*; 金沢 徹*; 小林 謙祐*; 後藤 大輔*; 根本 義之; 加治 芳行

no journal, , 

使用済み燃料プール(SFP)における冷却材喪失事故時には、水蒸気中/空気中に露出した燃料棒の温度が崩壊熱により上昇し、原子炉建屋内全域に渡る自然対流により冷却される。これの模擬として、大規模自然対流場における解析結果をもとに境界条件を設定した使用済み燃料ラック及び使用済み燃料体系の数値流体力学(CFD)解析を行い、酸化反応量, 残存酸素量, 被覆管温度を評価した。その結果、高温となる発熱有効長下端水位条件では、燃料上部からの空気流入も少なく、酸化反応によりチャネルボックス内の酸素が枯渇するため酸化反応が抑制されることが分かった。

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