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報告書

「もんじゅ」における実用化像実証炉心の設計検討,2

齋藤 浩介; 前田 誠一郎; 樋口 真史*; 高野 光弘*; 中沢 博明

JAEA-Technology 2006-035, 76 Pages, 2006/06

JAEA-Technology-2006-035.pdf:5.25MB

耐スエリング性に優れた酸化物分散強化型フェライト鋼(ODS鋼)を炉心材料に適用し、太径中空ペレットを用いた燃料を取替燃料として装荷し、実用化段階で想定される炉心・燃料像(取出平均燃焼度約150GWd/t,長期運転サイクル)を高速増殖原型炉「もんじゅ」で実証する構想の検討を進めている。2003年度に実施した設計検討時点からODS鋼の材料強度基準案が改訂されたことを踏まえ、その影響を把握するとともに核・熱・燃料設計の成立性に関して改めて確認した。ODS鋼の材料強度の低下に対応して被覆管強度評価の成立性が確保できるように被覆管肉厚と外径との比を増加させるように燃料仕様を見直した。これに伴って被覆管外径,運転サイクル期間等の炉心・燃料に関する基本仕様を再設定した。なお、本検討では現行の原子炉出力を維持できる127本バンドル炉心案を対象とした。核設計検討では、燃料仕様変更による燃料体積率の低減に伴う影響を受けるものの、最大線出力,燃料反応度等の主要な評価項目について設計目標を満足し、成立性が確保される見通しを確認した。熱・燃料設計では、被覆管強度評価を満足する被覆管最高温度を把握するとともに炉内出力分布を踏まえ、この被覆管最高温度を満足するように冷却材流量配分設計が可能な見通しであることを確認した。

報告書

「もんじゅ」における実用化像実証炉心の設計検討

前田 誠一郎; 富樫 信仁*; 樋口 真史*; 高野 光弘*; 安部 智之

JNC-TN8400 2003-028, 135 Pages, 2003/12

JNC-TN8400-2003-028.pdf:85.68MB

高速炉の実用化段階で想定される取出平均燃焼度150GWd/tの炉心・燃料を既存の原型炉である「もんじゅ」に装荷して先行的に実証することを想定した場合の炉心・燃料像を明確にした。この炉心・燃料像において太径中空燃料を炉心規模で適用することで、実効燃料体積率の増加による内部転換比の向上、耐スエリング性に優れたODS鋼製被覆管の採用等により、取出平均燃焼度150GWd/tまでの高燃焼度化、1年を超える長期運転が「もんじゅ」において達成できる見通しであることが示された。この太径中空燃料を用いた高燃焼度化によって、燃料加工、再処理等の燃料サイクルへの負荷が大幅に軽減された炉心像を実証することが可能となる。本設計検討においては、まず、既存プラントに係る制約条件(形状寸法、冷却系等)および実用化像実証に係る条件(高燃焼度化、長期運転等)を考慮し、集合体当たりの燃料ピンバンドル本数等をパラメータとした炉心・燃料仕様サーベイを実施し、127本バンドルと91本バンドルの2つの炉心案を炉心オプションとして選定した。ついで、これらの炉心案の炉心特性を具体的に把握すると共に核設計、熱流力・燃料設計について検討し、成立性する見通しであることを確認した。高い経済性を有する実用化像を「もんじゅ」に適用することは、「もんじゅ」自体の経済性向上にも寄与し、稼働率向上による年間発電量の増加と共に年間取替燃料体数の大幅な削減(1/2および1/3)により、実効的な運転経費の大幅な削減が可能となる。また、熱的な余裕を確保することで、低除染燃料の集合体規模の実証試験、燃料・材料開発のための照射場としての利用が可能となる。今後の「もんじゅ」中長期利用計画を検討するに際して、本検討結果が技術的裏付けを持った指針となるものと考える。

報告書

太径中空燃料を用いた内部増殖炉心概念の設計研究

前田 誠一郎; 高下 浩文; 大川 剛; 樋口 真史*; 安部 智之

JNC-TN8400 2003-019, 185 Pages, 2003/08

JNC-TN8400-2003-019.pdf:11.78MB

技術開発が最も進み、燃料サイクルにおいてプルサーマルと共通した技術基盤を有する燃料オプションであるMOX燃料を前提とし、早期に実現可能なFBR実用化段階炉心・燃料候補として"太径中空燃料を用いた内部増殖炉心"の検討を進めている。本概念では、太径燃料を用いて燃料体積率を高めることにより、炉心燃料部でのプルトニウム増殖(内部増殖)を可能にし、ブランケット装荷量を最小限まで低減することで、燃料サイクルに循環する物量を大幅に低減し、経済性を向上させている。本検討では、実用化戦略調査研究におけるプラント設計等との取り合い条件を可能なかぎり満足させた3500MWth級の大型炉心に対して設計検討を行い、内部増殖炉心概念の特徴を把握した。被覆管材にODS鋼の使用を想定し、最大高速中性子照射量として約5x1023n/cm2を条件として、ブランケットをも含む全炉心での取出平均燃焼度が約130GWd/t(炉心部のみ;約150GWd/t)と大幅な高燃焼度化が達成できることが示された。また、内部増殖炉心では燃焼に伴う反応度変化が小さく、容易に長期運転が可能であると共に空間的、時間的に出力分布が安定していることから冷却特性上も有利であることが確認された。ここで、中性子経済を向上するために比較的高い炉心高さを指向したことに対応して、Naプレナム等のNaボイド反応度低減方策について検討を行った。さらに、導入シナリオの多様性を考慮して、燃焼度を低下させて、増殖性能を追求した炉心像の可能性についても検討した。なお、高燃料体積率、低比出力等の従来概念を超える特徴を有する本炉心概念に対して、炉心崩壊事故のような過酷な条件下での挙動についての知見が十分ではなく、今後、事象進展を把握した上で設計に反映する必要があるものと考えられる。

報告書

核設計手法報告書

高下 浩文; 樋口 真史*; 富樫 真仁*; 林 達也*

JNC-TN8410 2000-011, 185 Pages, 2000/05

JNC-TN8410-2000-011.pdf:4.67MB

FBR炉心解析技術について、関連部署への周知及び技術の伝承のために、設計評価Gr.において用いられている核設計手法についてまとめた。特に当Gr.で実施してきた127本バンドル「もんじゅ」高度化炉心の概念設計に対して用いられている核設計手法を中心に示した。示した項目は実効断面積の作成、2次元燃焼計算、3次元拡散計算、反応度係数計算、制御棒価値計算における計算方法である。本報告書で示される手法は、現時点での当Gr.の標準的な核設計手法である。しかし、今後、評価精度の向上を目指して、計算コードの高度化・整備、「もんじゅ」性能試験データ等を用いた設計評価における補正・不確かさの低減、核データ更新等を実施していく予定であり、それに伴い、核設計手法も見直される可能性があるが、情報の共有化の観点から現時点での当Gr.の標準的な核設計手法をまとめたこととした。

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