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論文

Effect of hydrocarbons on the efficiency of catalytic reactor of detritiation system in an event of fire

枝尾 祐希; 佐藤 克美; 岩井 保則; 林 巧

Journal of Nuclear Science and Technology, 53(11), p.1831 - 1838, 2016/11

 被引用回数:3 パーセンタイル:57.25(Nuclear Science & Technology)

Detritiation system of a nuclear fusion plant is mandatory to be designed and qualified taking all the possible extraordinary situations in addition to that in a normal condition carefully into consideration. We focused on the change in efficiency of tritium oxidation of a catalytic reactor in an event of fire where the air accompanied with hydrocarbons, water vapor and tritium is fed into a catalytic reactor at the same time. Our test results indicated; (1) tritiated hydrocarbon produces significantly by reaction between tritium and hydrocarbons in a catalytic reactor; (2) there is little possibility of degradation in detritiation performance due to tritiated hydrocarbons produced in the catalyst reactor are combusted; (3) there is no possibility of uncontrollable rise in temperature of the catalytic reactor by heat of reactions; and (4) saturated water vapor enables to poison the catalyst temporarily and degrades the detritiation performance. Our investigation indicated a saturated water vapor condition without hydrocarbons would be the dominant scenario to determine the amount of catalyst for the design of catalytic reactor of the detritiation system.

論文

R&D activities of tritium technologies on Broader Approach in Phase 2-2

磯部 兼嗣; 河村 繕範; 岩井 保則; 小柳津 誠; 中村 博文; 鈴木 卓美; 山田 正行; 枝尾 祐希; 倉田 理江; 林 巧; et al.

Fusion Engineering and Design, 98-99, p.1792 - 1795, 2015/10

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

幅広いアプローチ活動は、2007年の日本と欧州との合意により開始され、第1期と第2-1期(2010-2011)、第2-2期(2012-2013)、第2-3期(2014-2016)に分けることのできる第2期からなる。トリチウム技術の研究開発は、原型炉に向けた重要な課題の1つであり、タスク1の施設の準備、タスク2の計量管理技術、タスク3のトリチウム安全基礎研究、タスク4のトリチウム耐久性試験の4つのタスクからなる。第1期から原子力機構と大学との共同研究が開始され、これまでに多くの成果をあげてきた。トリチウム技術研究開発の第2-2期も成功裏に進捗して終了した。

論文

Hydrophobic platinum honeycomb catalyst to be used for tritium oxidation reactors

岩井 保則; 久保 仁志*; 大嶋 優輔*; 野口 宏史*; 枝尾 祐希; 谷内 淳一*

Fusion Science and Technology, 68(3), p.596 - 600, 2015/10

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

トリチウム酸化反応器に適用可能な疎水性白金ハニカム触媒を開発した。ハニカム形状の触媒は圧力損失を減少させることができる。試作した疎水性触媒はメタルハニカム担体と炭化ケイ素ハニカム担体の二種類である。白金微粒子を数ナノメートルに微細化することで微量トリチウムの触媒酸化活性を大幅に向上させることができた。水素濃度は総括反応速度にほとんど影響を与えない。白金表面上への水蒸気と水素の競合吸着の影響から反応速度定数は底値を持つ。底値を示す水素濃度は、乾燥ガス下では100ppmであった。これらのハニカム触媒の活性はペレット状の疎水性触媒と同等であり、疎水性ハニカム触媒のトリチウム酸化反応器への適用可能性を示すことができた。

論文

Evaluation of tritium release properties of advanced tritium breeders

星野 毅; 落合 謙太郎; 枝尾 祐希; 河村 繕範

Fusion Science and Technology, 67(2), p.386 - 389, 2015/03

 被引用回数:7 パーセンタイル:22.72(Nuclear Science & Technology)

日本と欧州で核融合エネルギー開発の早期実現をはかることを目的として行う研究開発である幅広いアプローチ(BA)活動の一環として、エマルジョン法を用いた先進トリチウム増殖材料(Li添加型Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$)微小球の製造試験を実施している。この微小球のトリチウム放出特性を評価するため、原子力機構の核融合中性子源(FNS)にてDT中性子照射試験を実施した。初期のエマルジョン法にて試作したLi添加型Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$微小球は、結晶粒径が10$$mu$$mより大きいため、トリチウム放出速度が極めて遅い課題を有していた。そこで、真空中にて微小球を製造する新たな試みにより、トリチウム放出特性に優れていると考えられる5$$mu$$m未満の結晶粒径を有する微小球製造に成功した。新たな微小球の、723Kにおけるトリチウム放出特性を評価した結果、従来のLi$$_{2}$$TiO$$_{3}$$微小球と同等のトリチウム放出速度を有するだけでなく、全放出トリチウムの96%がHTガスの化学形であることを確認し、トリチウムの計量管理上重要な情報を得た。

論文

Recent progress on tritium technology research and development for a fusion reactor in Japan Atomic Energy Agency

林 巧; 中村 博文; 河村 繕範; 岩井 保則; 磯部 兼嗣; 山田 正行; 鈴木 卓美; 倉田 理江; 小柳津 誠; 枝尾 祐希; et al.

Fusion Science and Technology, 67(2), p.365 - 370, 2015/03

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

Tritium Process Laboratory (TPL) of Japan Atomic Energy Agency (JAEA) was constructed in1985, and started in 1988, in order to develop key technologies for fusion fuel cycle, and also to demonstrate safety handling technologies. TPL has a license, which can handle 9.25 PBq of tritium per day and store 22.2 PBq of total tritium. DEMO Design and R&D building was also newly constructed at Rokkasho-Aomori establishment of JAEA in 2011. This R&D building has a license, which can handle 3.7 TBq of tritium per day and store 7.4 TBq of total tritium, and also can handle other major neutron induced radioactive isotopes. Recently, our activities have been focused as follows; (1) Detritiation system R&D as an ITER task, specially for wet scrubber column development as a pilot scale; (2) Tritium tasks of DEMO R&D in the IFERC project of BA activities, such as (a) tritium accountancy, (b) tritium interactions with various materials, which will be used for DEMO, and (c) tritium durability; (3) Recovery works from the 2011 earthquake and tsunami in Tohoku japan: This paper summarizes the above recent progress of tritium technology R&D for fusion reactor in JAEA and summarized also the lessons of learned through the recovery & maintenance work after the earthquake.

論文

Measurement of tritium penetration through concrete material covered by various paints coating

枝尾 祐希; 河村 繕範; 倉田 理江; 深田 智*; 竹石 敏治*; 林 巧; 山西 敏彦

Fusion Science and Technology, 67(2), p.320 - 323, 2015/03

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

コンクリート壁へのトリチウムの移行挙動及びトリチウムと塗料の相互作用についての基礎的な現象を把握することを目的とし、エポキシ塗料及びウレタン塗料を塗布したセメントペーストのトリチウム浸透、浸出挙動を測定した。実験の結果、裸のセメントペーストし試料のトリチウム浸透量は2日で飽和に達したのに対し、塗料塗布試料の浸透量は2か月経過後も増加し、セメントペーストのそれを上回る傾向にあった。また、いずれの試料においてもトリチウムの浸透及び浸出挙動が定常になるまでの過渡変化は拡散律速モデルの解析により評価できることが分かった。したがって、短期間のトリチウム曝露においては浸透遅延効果を発揮するが、長期間においてはトリチウムの浸透量は塗料の分だけ増加することが示唆された。本研究は九州大学との共同研究として実施された。

論文

Correlation of rates of tritium migration through porous concrete

深田 智*; 片山 一成*; 竹石 敏治*; 枝尾 祐希; 河村 繕範; 林 巧; 山西 敏彦

Fusion Science and Technology, 67(2), p.99 - 102, 2015/03

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

What affects tritium migration through porous concrete walls coated with a hydrophobic paint is reviewed from the viewpoint of tritium safety. Being taken into consideration of multi-structural concrete composed of aggregates, sand, water and cement which contents are CaO, SiO$$_{2}$$, Al$$_{2}$$O$$_{3}$$, Fe$$_{2}$$O$$_{3}$$, MgO, CaSO$$_{4}$$ and so on, tritium path is discussed in terms of the HTO diffusivity and adsorption coeffcient on porous walls. Measures to predict rates of tritium leak from laboratory walls to the environment and residual tritium amounts in concrete are estimated based on previous data. Three cases of accidental or chronic tritium release to laboratory air are discussed using the diffusion-adsorption model.

論文

Penetration of tritiated water vapor through hydrophobic paints for concrete materials

枝尾 祐希; 河村 繕範; 山西 敏彦; 深田 智*

Fusion Engineering and Design, 89(9-10), p.2062 - 2065, 2014/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:73.24(Nuclear Science & Technology)

防水性塗料を介したコンクリート材へのトリチウムの浸透特性の把握を目的として、エポキシ樹脂塗料及びシリコン樹脂塗料のトリチウム透過挙動を調べた。2$$sim$$100Bq/cm$$^{3}$$のトリチウム水蒸気に曝された各塗膜へのトリチウム透過量を測定した。室温ではトリチウムのほとんどが水蒸気形HTOとして透過した。エポキシ塗料におけるトリチウム透過は拡散律速であることがわかり、シリコン塗膜においては拡散律速ではなく透過率は時間に対して直線的な増加傾向を示した。エポキシ塗料の有効拡散係数は1.0$$times$$10$$^{-13}$$$$sim$$1.8$$times$$10$$^{-13}$$m$$^{2}$$/sと得られたが、セメントペーストに塗布した状態よりも2$$sim$$3ケタほど大きいことが実験より分かった。したがって、エポキシ塗膜を介したセメント試料へのトリチウム透過過程においては、セメント-エポキシ界面の移動が支配的であることが示唆された。各種塗料を塗布した場合のトリチウム浸透透過挙動を理解するためには、コンクリート-塗料界面のトリチウム挙動の把握が重要である。

論文

DT neutron irradiation experiment for evaluation of tritium recovery from WCCB blanket

落合 謙太郎; 河村 繕範; 星野 毅; 枝尾 祐希; 高倉 耕祐; 太田 雅之; 佐藤 聡; 今野 力

Fusion Engineering and Design, 89(7-8), p.1464 - 1468, 2014/10

 被引用回数:4 パーセンタイル:51.53(Nuclear Science & Technology)

原子力機構核融合中性子源FNSを用いて、核融合炉ブランケットに関するトリチウム回収実験を実施している。今回、水冷却セラミック増殖ブランケット模擬体系中に、候補増殖材であるチタン酸リチウムを70g設置し、照射を行った。水素ガスあるいは水蒸気を1%含むヘリウムガスを流し、チタン酸リチウムペブル中から放出されたトリチウムを照射中に水バブラーで捕集した。またチタン酸リチウムペブルは照射中、573K, 873Kと1073Kの温度に保持した。トリチウム測定はガス成分と水成分の分離測定が可能なよう機器の調整を行った。実験の結果、トリチウム回収総量は計算による値と測定誤差範囲内でよく一致し、回収されたトリチウムのガス成分と水成分の比は回収ガスの種類とペブルの温度に依存することが明らかになった。

論文

Hydrogen and water vapor adsorption properties on cation-exchanged mordenite for use to a tritium recovery system

河村 繕範; 枝尾 祐希; 岩井 保則; 林 巧; 山西 敏彦

Fusion Engineering and Design, 89(7-8), p.1539 - 1543, 2014/10

 被引用回数:4 パーセンタイル:51.53(Nuclear Science & Technology)

吸着や同位体交換反応プロセスを用いたトリチウム回収システムが、固体増殖ブランケットのトリチウム回収システムとして提案されている。ゼオライトは吸着材や交換反応触媒の担体として用いられるが、カチオンを交換することで容易に性質を変えることができる。本研究では、モルデナイト型ゼオライトのカチオンを遷移金属イオンで交換した試料について、77Kでの水素同位体吸着量、298Kでの水蒸気吸着量について調べた。Ag-モルデナイトが低圧部においてかなり大きな水素同位体の吸着容量を持つこと、水蒸気吸着容量はカチオン交換の影響が水素同位体吸着ほど大きくないことがわかった。Ag-モルデナイトを用いると、トリチウム回収システムの低温吸着カラムの容量を大幅に低減できる可能性がある。

論文

Hydrogen isotope behavior on a water-metal boundary with simultaneous transfer from and to the metal surface

林 巧; 磯部 兼嗣; 中村 博文; 小林 和容; 大矢 恭久*; 奥野 健二*; 小柳津 誠; 枝尾 祐希; 山西 敏彦

Fusion Engineering and Design, 89(7-8), p.1520 - 1523, 2014/10

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

トリチウムの閉じ込めは核融合炉の最も重要な安全上の課題である。特に、水冷却のトリチウム増殖ブランケットではトリチウムの冷却水への移行が重要である。そのため、1kPaの純トリチウムを封入した金属試料配管(純鉄や7ミクロン程度の金メッキを施した純鉄)を高温高圧水容器(150$$^{circ}$$C, 0.8MPa)にいれ、金属側から水中及び水蒸気中に移行するトリチウムを化学形別に測定した。また、高温高圧重水(300$$^{circ}$$C, 15MPa)からの各種金属配管(純鉄,純ニッケル,ステンレス鋼(SS304),金メッキ純鉄など)への重水素の移行挙動を調べ、水側から金属側への移行を確認した。今回、上記の同時移行挙動を、重水からの重水素の安定移行確認後に軽水素を試料配管内側へ導入することにより、検証した。

論文

Engineering validation and engineering design of lithium target facility in IFMIF/EVEDA project

若井 栄一; 近藤 浩夫; 金村 卓治; 古川 智弘; 平川 康; 渡辺 一慶; 井田 瑞穂*; 伊藤 譲; 新妻 重人; 枝尾 祐希; et al.

Fusion Science and Technology, 66(1), p.46 - 56, 2014/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:51.53(Nuclear Science & Technology)

EVEDA Lithium Test Loop (ELTL) has been designed and constructed, has operated a liquid lithium flow test facility with the world's highest flow rate and has succeeded in generating a 100-mm-wide and 25-mm-thick free-surface lithium flow along a concave back plate steadily at a high speed of 20 m/s at 300$$^{circ}$$C for the first time in the world. This result will greatly advance the development of an accelerator-based neutron source to high energy and high density, one of the key objectives of the fusion reactor materials development under the BA (Broader Approach) Activities. Recent related engineering validation and engineering design of the lithium facility has been evaluated.

論文

Adsorption rate of hydrogen isotopes on Ca-mordenite

河村 繕範; 枝尾 祐希; 山西 敏彦

Fusion Engineering and Design, 88(9-10), p.2255 - 2258, 2013/10

 被引用回数:5 パーセンタイル:46.51(Nuclear Science & Technology)

水素同位体分離分析用のガスクロマトグラフの分離カラムに適した吸着材を開発する目的で、合成ゼオライトであるモルデナイト型ゼオライトの交換カチオン(Na$$^{+}$$)を別のイオンで交換した試料を作成し、水素同位体吸着挙動を調べている。Ca$$^{2+}$$で交換したモルデナイト型ゼオライトが大きな吸着容量を示したことを受け、Ca交換型モルデナイトにおけるH$$_{2}$$及びD$$_{2}$$の吸着破過曲線を194K及び175Kの温度で採取解析し、物質移動係数を推定することで吸着速度を定量した。水素同位体吸着の律速過程は多孔質粒子内の拡散であり、有効拡散係数の同位体差も原料物質より大きくなった。よって、Ca交換型モルデナイトは原料物質よりも同位体分離の性能向上が期待できる。

報告書

DT中性子照射下における固体増殖材Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$からのトリチウム放出特性

枝尾 祐希; 河村 繕範; 落合 謙太郎; 星野 毅; 高倉 耕祐; 太田 雅之; 岩井 保則; 山西 敏彦; 今野 力

JAEA-Research 2012-040, 15 Pages, 2013/02

JAEA-Research-2012-040.pdf:1.8MB

核融合中性子源施設FNSにおいて、トリチウム増殖材のLi$$_{2}$$TiO$$_{3}$$に中性子を照射して生成したトリチウムを回収する実験を行った。核融合炉ブランケットを模擬するため、Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$充填容器の周囲をBeブロック及びLi$$_{2}$$TiO$$_{3}$$ブロックで覆った。トリチウム生成量計算による予測値と実験値はほぼ一致した。照射容器は300$$^{circ}$$Cに加熱し、パージガスとしてヘリウム,水素添加ヘリウム,水蒸気添加ヘリウム,水素及び水蒸気添加ヘリウムを選択した。生成トリチウムはHT及びHTOとして放出され、パージガス条件を変えることによりその割合が変わった。水蒸気添加ヘリウムパージでは、98%がHTOで放出された。水蒸気及び水素添加ヘリウムでは80%がHTOで放出され、このHTO放出は水蒸気との同位体交換反応により起こると考えられる。乾燥ヘリウムでは、トリチウムはほとんど放出されなかった。水素添加乾燥ヘリウムでは、60$$sim$$70%がHTとして放出され、このHT放出は水素との同位体交換反応により起こると考えられる。水素添加により起こる水分生成反応によって生じた水蒸気とトリチウムが交換反応を起こすため、水素添加ヘリウムでもHTOが放出された。Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$表面が水素による還元状態にある場合はHTOの放出は起こりにくかった。Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$からのトリチウム放出化学形はパージガス成分に依存し、Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$表面状態の影響を強く受けることが明らかになった。

論文

IFMIF/EVEDAリチウムターゲットシステムの開発

若井 栄一; 近藤 浩夫; 杉本 昌義; 深田 智*; 八木 重郎*; 井田 瑞穂; 金村 卓治; 古川 智弘; 平川 康; 渡辺 一慶; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 88(12), p.691 - 705, 2012/12

核融合エネルギーの早期実現を目指す幅広いアプローチ活動のもと、国際核融合材料照射施設(IFMIF)の工学実証・工学設計活動(EVEDA)を2007年より実施している。この活動の中で実機のリチウムターゲットを実証する目的で世界最大流量率(3000リットル/分)を有し、幅100mmで厚さ25mmの形状で最速20メートル/秒までの範囲で安定したリチウム流を実証試験を行うために液体リチウム流動試験装置を原子力機構大洗研究開発センターに建設し、その実証試験を開始したところである。本試験装置の各種機器の機能性試験及びそれに続く、ターゲット部でリチウム自由表面を持つ15m/sの流動試験までに関する第一段階確証試験を成功させた所である。また、これ関係する工学実証試験及び工学設計の活動状況を示すとともに、その成果内容について併せて解説したものである。

口頭

カリウム交換型モルデナイトの水素同位体吸着速度

河村 繕範; 枝尾 祐希; 山西 敏彦

no journal, , 

水素同位体分離分析用のガスクロマトグラフの分離カラムに適した吸着材を開発する目的で、合成ゼオライトであるモルデナイト型ゼオライトの交換カチオン(Na$$^{+}$$)を別のイオンで交換した試料を作成し、水素同位体吸着挙動を調べている。K$$^{+}$$で交換したモルデナイト型ゼオライトは出発物質より吸着容量が減少したことを受け、K交換型モルデナイトにおけるH$$_{2}$$及びD$$_{2}$$の吸着破過曲線を194K, 175K, 77Kの温度で採取解析し、物質移動係数を推定することで吸着速度を定量した。吸着における物質移動の律速過程は多孔質粒子内の拡散過程であり、Ca交換型モルデナイトより拡散係数が小さくなったのは細孔径が小さくなったことに起因すると考えられる。

口頭

金属-水界面における水素同位体移挙動(重水からの重水素透過挙動,4; 双方向水素同位体移行実験)

林 巧; 磯部 兼嗣; 中村 博文; 小林 和容; 枝尾 祐希; 大矢 恭久*; 奥野 健二*; 山西 敏彦

no journal, , 

金属-水界面での水素同位体移行挙動の理解は、ブランケットや熱交換器等での冷却水へのトリチウム透過など、核融合炉のトリチウムの安全取り扱い上、非常に重要である。最近、高温高圧重水(573K, 15MPa)から金属配管内部へ移行する重水素を四重極質量分析計(QMS)で連続測定する実験を実施し、水側から金属への移行を確認してきている。今回は、水側から金属への定常的な移行挙動を確認したのち、金属配管内部へ軽水素を一定圧力導入し、その後の配管内の水素及び重水素の分圧変化をQMSで追うことで、金属界面を介した双方向同時の水素同位体移行挙動を実験的に確認した。この実験結果を双方向の透過モデルによる解析結果と比較し議論する。これらは、科学研究費補助金(基盤研究(B)課題番号21360458: 金属-水界面における双方向水素同位体移行挙動に関する同位体効果の解明)による成果である。

口頭

DT中性子照射による固体増殖ブランケット模擬体系からのトリチウム回収実験,3

落合 謙太郎; 枝尾 祐希; 河村 繕範; 星野 毅; 高倉 耕祐; 今野 力

no journal, , 

原子力機構核融合中性子源施設FNSでは増殖候補材からのトリチウム回収特性実験を行っている。今回、チタン酸リチウムブロックとベリリウムで構成された核融合炉ブランケット模擬体系によるDT中性子照射を行い、スイープガスの水蒸気濃度と温度を変化させて、同ペブルから放出されるトリチウムの回収率とその特性をトリチウムの化学形ごとに調べた。その結果、回収したトリチウムの化学形、HT又はHTO、の比率はスイープガスの水分濃度と試料温度に大きく依存することが明らかとなった。

口頭

防水塗料を介したコンクリート材へのトリチウムの浸透特性

枝尾 祐希

no journal, , 

コンクリート壁へのトリチウム汚染や除染に関する基礎データ蓄積のため、各種塗料のトリチウム浸透及び浸出挙動の把握を目的とした。トリチウム雰囲気に曝したエポキシ樹脂塗料のトリチウム浸透量及び浸出量を測定した結果、塗膜の厚みを0.2$$sim$$5.5mmの範囲で変えた場合、単位重量あたりのトリチウム浸透量は塗膜厚にかかわらず一定であった。また、0.5mm以下の塗膜のトリチウム捕捉量は1日以内で飽和となった。よって、エポキシ塗膜のトリチウム浸透と浸出は速く、均一に捕捉されることが明らかになった。エポキシ塗料単体からのトリチウム放出速度とエポキシ塗布状態のセメントペーストからの放出速度を比較すると、後者の方が遅く放出挙動に大きな違いが現れた。以上の結果から、塗料塗布状態のトリチウム移行については、セメントペースト-エポキシ塗料界面での移動抵抗が支配的となっていることが示唆された。

口頭

コンクリート壁へのトリチウム浸透速度に対する塗料の影響

枝尾 祐希; 河村 繕範; 林 巧; 深田 智*

no journal, , 

コンクリート建屋にトリチウムが放出した際のトリチウム汚染評価のため、コンクリート壁へのトリチウム浸透における壁塗料の影響を把握しておくことは重要である。本研究において、各種塗膜(エポキシ,ウレタン,シリコン)におけるトリチウム水蒸気透過挙動を測定し、トリチウム透過速度を求め、塗料とコンクリート試料間のトリチウム移行挙動について調査した結果を報告する。

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