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報告書

SCHERN: 再処理施設の高レベル廃液蒸発乾固事故でのNOxの化学的挙動解析プログラム

桧山 美奈*; 玉置 等史; 吉田 一雄

JAEA-Data/Code 2019-006, 17 Pages, 2019/07

JAEA-Data-Code-2019-006.pdf:1.84MB

再処理施設で想定される重大事故の一つに高レベル廃液貯槽の蒸発乾固事故がある。高レベル廃液には、再処理の過程で取り除かれた核分裂生成物の硝酸塩が含まれ、それらの崩壊熱で発熱するため常時冷却する必要がある。このため全電源の喪失などにより冷却機能が全喪失した状態が継続した場合、廃液が沸騰しいずれ乾固する。この間、ルテニウムの揮発性化学種が硝酸-水混合蒸気とともに気相へ移行し、施設外へ放出される可能性がある。乾固時には、廃液に含まれる硝酸塩の熱分解による脱硝反応が進行しNOxガスが発生する。NOxはルテニウムの施設内での移行挙動に大きく影響することが実験的に確認されており、硝酸及び水が共存する環境では気液各相で複雑に化学変化することが知られている。そこで建屋区画内での熱流動条件を境界条件として各化学種の濃度変化を解析する計算プログラムを開発した。

論文

再処理施設の高レベル廃液蒸発乾固事故でのFP硝酸塩の脱硝に伴い発生するNOxの化学的挙動解析

吉田 一雄; 玉置 等史; 吉田 尚生; 吉田 涼一朗; 天野 祐希; 阿部 仁

日本原子力学会和文論文誌, 18(2), p.69 - 80, 2019/06

再処理施設で想定される重大事故の一つに高レベル廃液貯槽の蒸発乾固事故がある。高レベル廃液には、再処理で取り除かれた核分裂生成物の硝酸塩が含まれ、それらの崩壊熱で発熱するため常時冷却する必要がある。このため全電源の喪失により冷却機能が全喪失した状態が継続した場合、廃液が沸騰しいずれ乾固する。乾固時には、廃液に含まれる硝酸塩の熱分解による脱硝反応が進行しNOxガスが発生する。本報では、硝酸-水混合蒸気系の雰囲気でのNOx系の化学種の化学変化をレビューし、それに基づき再処理施設の高レベル廃液の蒸発乾固事故での建屋区画内での熱流動及び各化学種の濃度変化の解析モデルを提案し、実規模体系での解析を試行した結果を示す。その結果を基にRuの施設外への移行量評価の高度化に向けた課題を提言する。

論文

Sensitivity analysis of source term in the accident of Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Station Unit 1 using THALES2/KICHE

玉置 等史; 石川 淳; 杉山 智之; 丸山 結

Proceedings of Asian Symposium on Risk Assessment and Management 2018 (ASRAM 2018) (USB Flash Drive), 6 Pages, 2018/10

福島第一原子力発電所で生じた事故では、津波を原因とした電源喪失により、炉心損傷及び格納容器の損傷に至り核分裂性物質が環境に放出された。事故時に計測されたデータ及び事故進展解析、また、事故を起こしたプラントの建屋及び格納容器内部の調査により、事故進展の理解は進んでいる。一方でプラント内事故進展解析と放出された放射性物質の拡散解析の連携解析を行っている例は多くはない。原子力機構では、シビアアクシデント解析と確率論的事故影響評価との連携解析を計画している。この連携解析では、多くの不確かな要因による幅広い不確かさ幅が予想される。この連携解析を効率的に行うため、事故を起こしたプラントのうち、はじめに環境へのFP放出があった1号機を対象に、格納容器の破損箇所及び漏えい面積について、原子力機構で開発しているTHALES2/KICHEを用いた感度解析を行った。想定する格納容器の破損個所は、ヘッドフランジ、ペネトレーションシール及び真空破壊弁配管とした。これに加え、ベント弁の一部開を想定した解析結果も含め、報告する。

論文

Severe accident scenario uncertainty analysis using the dynamic event tree method

Zheng, X.; 玉置 等史; 石川 淳; 杉山 智之; 丸山 結

Proceedings of 14th International Conference on Probabilistic Safety Assessment and Management (PSAM-14) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2018/09

Several types of uncertainties exist during the simulation of a severe accident. These may result from incomplete knowledge about the plant systems, accident progression and oversimplified numerical models. Among them, parameter uncertainty can be treated via Monte-Carlo-sampling-based methods. To tackle the severe accident scenario uncertainty, we must resort to advanced dynamic probabilistic risk assessment (PRA) methods. In this paper, authors reviewed the previous dynamic PRA methods and tools, and then performed a preliminary scenario uncertainty analysis, by using an integrated SA code (THALES2) and a scenario generator (RAPID, risk assessment with plant interactive dynamics), both being developed at JAEA. THALES2 is a fast-running severe accident code for the simulation of severe accident progression and source term in light water reactors. Typical scenarios of station-blackout (SBO)-initiated accidents in boiling water reactors are generated and simulated. The dynamic event tree (DET) method is applied to consider the stochastic uncertainties during the scenario progression. Major groups of SBO sequences with the similar accident characteristics can be found. To provide a reference value for risk, a conditional core damage frequency is calculated accordingly. This is a preliminary analysis for severe accident scenario uncertainty quantification at JAEA, and further DPRA researches are in progress.

報告書

再処理施設の高レベル廃液の蒸発乾固事故での気体状ルテニウムの凝縮水への移行速度に係る相関式の導出

吉田 一雄; 玉置 等史; 吉田 尚生; 天野 祐希; 阿部 仁

JAEA-Research 2017-015, 18 Pages, 2018/01

JAEA-Research-2017-015.pdf:3.08MB

再処理施設では、重大な事故の一つとして貯槽中の高レベル放射性廃液が沸騰し、乾固に至る事故(蒸発乾固事故)が想定される。廃液の沸騰により硝酸及び水が蒸発することで濃縮が進むと気体状ルテニウム(Ru)が発生し、硝酸-水混合蒸気(以下、混合蒸気という)の凝縮に伴い凝縮液中に移行することが、実験で確認されている。貯槽から流出した混合蒸気は建屋内の構造物壁面で除熱され凝縮する。この際に気体状Ruは凝縮水に移行することが想定され、建屋内でのRuの移行量を定量化する上で、混合蒸気の凝縮過程でのRuの移行の定量的な模擬が重要である。このような観点から、気体状のRuを含む混合蒸気の凝縮に伴い気体状Ruの凝縮水への移行量を測定する実験が実施されている。本報では、この実験で得られたデータを基に、実測不能な実験装置内の蒸気流速等を熱流動解析結果から推定し、気体状Ruの凝縮水への移行速度に係る相関式を導出した結果について述べる。さらに、同相関式を実機規模の事故解析結果に適用し、Ruの凝縮水への移行量の評価を試みた。

論文

Application of Bayesian approaches to nuclear reactor severe accident analysis

Zheng, X.; 玉置 等史; 塩津 弘之; 杉山 智之; 丸山 結

Proceedings of Asian Symposium on Risk Assessment and Management 2017 (ASRAM 2017) (USB Flash Drive), 11 Pages, 2017/11

Nuclear reactor severe accident simulation involves uncertainties, which may result from incompleteness of modeling of accident scenarios, selection of alternative models and unrealistic setting of parameters during the numerical simulation, etc. Both deterministic and probabilistic methods are required to reach reasonable estimation of risk for severe accidents. Computational codes are widely used for the deterministic accident simulations. Bayesian approaches, including both parametric and nonparametric, are applied to the simulation-based severe accident researches at Japan Atomic Energy Agency (JAEA). In the paper, an overview of these research activities is introduced: (1) Dirichlet process models, a nonparametric Bayesian approach, are applied to source term uncertainty and sensitivity analyses; (2) Gaussian process models are applied to the optimization for operations of severe accident countermeasures; (3) Nonparametric models, include models based on Dirichlet process and K-nearest neighbors algorithm, are built to predict the chemical forms of fission products. Simplified models are integrated into the integral severe accident code, THALES2/KICHE; (4) We have also launched the research of dynamic probabilistic risk assessment (DPRA), and because a great number of accident scenarios will be generated during DPRA, Bayesian approaches would be useful for the boosting of computational efficiency.

論文

Current status of research for the accident of evaporation to dryness caused by boiling of reprocessed high level radioactive liquid waste

玉置 等史; 吉田 一雄; 阿部 仁; 杉山 智之; 丸山 結

Proceedings of Asian Symposium on Risk Assessment and Management 2017 (ASRAM 2017) (USB Flash Drive), 9 Pages, 2017/11

高レベル放射性廃液の蒸発乾固事故は再処理施設において想定されるシビアアクシデントの一つである。この事故は事故進展の特徴を踏まえ、3段階に分割できる。この事故による放射性物質の環境への放出量を評価するためには、それぞれの段階において、核分裂性物質の液相から気相への移行量や壁等への沈着量を評価することが重要である。本論文では、放射性物質の放出量評価のために様々な実験等の研究をレビューし、現時点での本事故に対する放射性物質放出量評価の現状を紹介するとともに、原子力機構における最近の本事故に対するシミュレーションコードの開発状況について説明を行う。

論文

An Integrated approach to source term uncertainty and sensitivity analysis for nuclear reactor severe accidents

Zheng, X.; 伊藤 裕人; 玉置 等史; 丸山 結

Journal of Nuclear Science and Technology, 53(3), p.333 - 344, 2016/03

AA2014-0796.pdf:0.84MB

 被引用回数:4 パーセンタイル:31.55(Nuclear Science & Technology)

Large-scale computer programs simulate severe accident phenomena and often have a moderate-to-large number of models and input variables. Analytical solutions to uncertainty distributions of interested source terms are impractical, and influential inputs on outputs are hard to discover. Additionally, runs of such computer programs, or integral codes, are time-consuming and hence expensive. This article presents an integrated approach to the uncertainty and sensitivity analysis for nuclear reactor severe accident source terms, with an example which simulates an accident sequence similar to that occurred at Unit 2 of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant using an integral code, MELCOR. Monte Carlo based uncertainty analysis has been elaborated to investigate released fractions of representative radionuclides, Cs and CsI. In order to estimate sensitivity of inputs, which have a substantial influence on the core melt progression and the transportation process of radionuclides, a variance decomposition method is applied. Stochastic process, specifically a Dirichlet process, is applied to construct a surrogate model in sensitivity analysis as a substitute of the code. The surrogate model is cross-validated by comparing with corresponding results of MELCOR. The analysis with the simpler model avoids laborious computational cost so that importance measures for input factors are obtained successfully.

論文

Source term uncertainty analysis; Probabilistic approaches and applications to a BWR severe accident

Zheng, X.; 伊藤 裕人; 玉置 等史; 丸山 結

Mechanical Engineering Journal (Internet), 2(5), p.15-00032_1 - 15-00032_14, 2015/10

A suite of methods has been established to quantitatively estimate uncertainties in source term analysis during a nuclear reactor severe accident. The accident sequence occurred at Unit 2 of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant is taken as an example. The approach mainly consists of four steps: screening analysis, random sampling, numerical computation and verification of uncertainty distributions. First, by using an individually randomized one-factor-at-a-time screening method, a group of variables are preliminarily determined as uncertain inputs. Second, appropriate probability distributions are assigned to input variables. Random samples are generated using Latin Hypercube sampling with the consideration of rank correlation. Third, random samples of variables are inputted into MELCOR 1.8.5. Numerical simulation with multiple code runs is implemented. Finally, uncertainty distributions for representative source terms are obtained and verified. The technique of Bayesian nonparametric density estimation is applied to obtain probability density functions of source terms. The difference of probability density functions is evaluated through the comparison based on the Kullback-Leibler (KL) divergence. With the subjective judgment of small enough KL divergence, after a certain number of numerical computations, the uncertainty distributions of representative source terms are considered as stable enough as reliable results.

論文

Application of Bayesian nonparametric models to the uncertainty and sensitivity analysis of source term in a BWR severe accident

Zheng, X.; 伊藤 裕人; 川口 賢司; 玉置 等史; 丸山 結

Reliability Engineering & System Safety, 138, p.253 - 262, 2015/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:66.23(Engineering, Industrial)

An important issue for nuclear severe accident is the source tern uncertainty and sensitivity analysis. Generally, thousands of cases are needed to reach a stable result of sensitivity analysis. Based on the limited data obtained by MELCOR analysis, in which the accident at Unit 2 of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant is used as an example, an approximate stochastic model has been constructed via Bayesian nonparametrics, specifically, the Dirichlet process. The advantage of a nonparametric model is that any deterministic function between explanatory and response variables is not necessary to be determined. The complexity of model will grow automatically as more actual data is observed. The approximate model saves the computational cost and makes it possible to complement thousands of Monte Carlo computation for uncertainty and sensitivity analysis. Probability density functions of uncertainty analysis by MELCOR and the approximate model are obtained and compared. Two densities show great accordance that proves the good predictive ability of the stochastic model. The appropriateness of the approximate model is further validated by the cross-validation through the comparison with actual MELCOR results. Global sensitivity analysis by Sobol' sensitivity index has been performed with the approximate model. Three input parameters are ranked according to their respective influences on the output uncertainty based on first-order and total effect.

論文

Review of five investigation committees' reports on the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant severe accident; Focusing on accident progression and causes

渡邉 憲夫; 与能本 泰介; 玉置 等史; 中村 武彦; 丸山 結

Journal of Nuclear Science and Technology, 52(1), p.41 - 56, 2015/01

 被引用回数:5 パーセンタイル:34.97(Nuclear Science & Technology)

2011年3月11日に発生した東京電力福島第一原子力発電所の事故については、東京電力はもとより、政府,国会,民間有識者が独立した事故調査委員会を設置しそれぞれの立場から独自の視点で調査・分析を行い、報告書にまとめて公表している。また、原子力安全・保安院は、今後の安全性向上に資するために、「技術的知見」を導出することを目的に事故原因の分析を行い、その結果を報告書にまとめている。本稿では、今後の事故状況の調査や新たな規制制度の構築に役立つ情報として整理することを目的に、特に炉心損傷とその後の放射性物質の放出に至った1-3号機における事故の進展と原因に着目し、技術的な側面から、これら5つの報告書をレビューし、それぞれの調査結果における見解の相違等について分析、整理するとともに、これらの報告書において十分な議論がなされていない課題等を明らかにした。なお、本論文は、日本原子力学会の依頼を受けて、日本原子力学会和文論文誌Vol.12, No.2(2012)に掲載された「総説」を英訳したものである。

論文

重大事故への対策

玉置 等史

テキスト「核燃料サイクル」(インターネット), 3 Pages, 2014/12

改正原子炉等規制法では、設計基準事故より厳しい条件で発生する事故を「重大事故」と定義し、重大事故への対策は、発電用原子炉施設のみを対象とするのではなく、再処理施設や加工施設等にも適用される。本報は、テキスト「核燃料サイクル」の「1-5 重大事故への対策」として、再処理施設及び加工施設での新規制体系における重大事故への対策の考え方等について概説する。

論文

Estimation of source term uncertainty in a severe accident with correlated variables

Zheng, X.; 伊藤 裕人; 玉置 等史; 丸山 結

Proceedings of 22nd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-22) (DVD-ROM), 10 Pages, 2014/07

BWRのシビアアクシデント時におけるソースタームの評価を目的として、福島第一原子力発電所2号機の事故を例にとり、シビアアクシデント総合解析コードMELCOR (Ver.1.8.5)を用いた不確かさ解析を実施した。最初のステップとして、炉内溶融進展挙動及び放射性物質移行挙動モデルに係わる主要なパラメータを抽出し、Morris法によりパラメータの絞り込みを行なった。得られた各パラメータの不確かさ分布及びパラメータ間の相関を設定した後、Iman-Conover法による順位相関を考慮したラテン超方格サンプリング(LHS)法を用いて入力データセット作成し、Cs, CsI等の格納容器外放出量について不確かさを評価した。合わせて、相関係数に基づいてソースタームに大きく寄与するパラメータを検討し、炉心コンポーネントや構造物の破損、エアロゾルのプールスクラビングに係わるモデル等がソースタームの不確かさに大きな影響を及ぼすことを明らかにした。

論文

Influence of in-vessel melt progression on uncertainty of source term during a severe accident

伊藤 裕人; Zheng, X.; 玉置 等史; 丸山 結

Proceedings of 22nd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-22) (DVD-ROM), 8 Pages, 2014/07

The influence of the in-vessel melt progression on the uncertainty of source terms was examined in the uncertainty analysis with integrated severe accident analysis code MELCOR (Ver. 1.8.5), taking the accident at Unit 2 of Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant as an example. The 32 parameters selected from the rough screening analysis were sampled by Latin hypercube sampling technique in accordance with the uncertainty distributions specified for each parameter. The uncertainty distributions of the outputs were obtained through the uncertainty analysis with an assumption of the failure of drywell, including the source terms of the representative radioactive materials (Cs, CsI, Te and Ba), the total mass of in-vessel H$$_{2}$$ generation and the total debris mass released from the reactor pressure vessel to the drywell. Based on various types of correlation coefficient for each parameter, 9 significant uncertain parameters potentially dominating the source terms were identified. These 9 parameters were transferred to the subsequent sensitivity and uncertainty analyses, in which the influence of the transportation of radioactive materials was taken into account.

報告書

Literature review on experiments and models associated with degradation and oxidation of boron carbide control material during severe accidents

Zheng, X.; 石川 淳; 伊藤 裕人; 玉置 等史; 丸山 結

JAEA-Review 2014-016, 32 Pages, 2014/06

JAEA-Review-2014-016.pdf:1.98MB

炭化ホウ素(B$$_{4}$$C)は軽水炉における制御材の一つであり、福島第一原子力発電所では全号機において用いられている。B$$_{4}$$C制御棒/ブレードの損傷は、原子炉容器内における早期の炉心溶融に影響する。また、B$$_{4}$$Cの水蒸気酸化による二酸化炭素(CO$$_{2}$$)を含む炭素化合物やホウ素化合物の発生は、放射性物質のソースタームに影響を及ぼす可能性がある。本報告書では、原子力機構において整備しているシビアアクシデント総合解析コードTHALES-2の高度化を視野に入れて、B$$_{4}$$Cの損傷及び酸化に係わる既往の実験及びモデル化について文献調査を行なった。制御棒/ブレードの溶融温度はB$$_{4}$$Cとステンレス鋼やジルカロイとの共晶反応により低下する。既存の共晶モデルを検討し、NagaseらのモデルをTHALES-2に組み込むモデルの一つとして選定した。また、B$$_{4}$$Cと水蒸気との酸化反応により大量の熱が放出されるとともに、CO$$_{2}$$やホウ酸,酸化ホウ素が生成され、それらが溶解することにより、ソースタームに影響を与える水相のpH値が変化し得る。B$$_{4}$$Cの水蒸気酸化については、フランス放射線防護原子力安全研究所(IRSN)が開発した酸化反応速度モデルをTHALES-2に導入するモデルの候補として選定した。

論文

福島第一原子力発電所事故に関する5つの事故調査報告書のレビューと技術的課題の分析; 事故の進展と原因に焦点を当てて

渡邉 憲夫; 与能本 泰介; 玉置 等史; 中村 武彦; 丸山 結

日本原子力学会和文論文誌, 12(2), p.113 - 127, 2013/06

2011年3月11日に発生した東京電力福島第一原子力発電所の事故については、東京電力はもとより、政府,国会,民間有識者が独立した事故調査委員会を設置しそれぞれの立場から独自の視点で調査・分析を行い、報告書にまとめて公表している。また、原子力安全・保安院は、今後の安全性向上に資するために、「技術的知見」を導出することを目的に事故原因の分析を行い、その結果を報告書にまとめている。本稿では、今後の事故状況の調査や新たな規制制度の構築に役立つ情報として整理することを目的に、特に炉心損傷とその後の放射性物質の放出に至った1-3号機における事故の進展と原因に着目し、技術的な側面から、これら5つの報告書をレビューし、それぞれの調査結果における見解の相違等について分析、整理するとともに、これらの報告書において十分な議論がなされていない課題等を明らかにした。

報告書

MOX燃料加工施設PSA実施手順書

玉置 等史; 吉田 一雄

JAEA-Technology 2010-004, 124 Pages, 2010/07

JAEA-Technology-2010-004.pdf:1.72MB

本手順書は、日本原子力研究開発機構が整備したMOX燃料加工施設を対象とする確率論的安全評価(PSA: Probabilistic Safety Assessment)の手順を取りまとめたものである。本手順書は2部構成とし、第1部では、MOX燃料加工施設のPSA実施手順を示し、第2部では第1部の手順を実際に適用するうえで参考となる情報及びモデルプラントを対象に実施した具体的な評価例を示す。

論文

MOX燃料加工施設における臨界事象発生頻度概略評価手法の開発

玉置 等史; 木本 達也*; 濱口 義兼*; 吉田 一雄

日本原子力学会和文論文誌, 9(1), p.40 - 51, 2010/03

MOX燃料加工施設における臨界事象の発生は、質量,富化度等の多様なパラメータの組合せで決まる。施設内でMOXを取り扱う装置等は、臨界事故を防止するため二重偶発性の原則に基づき設計,運転される。このため複数のパラメータを考慮した臨界条件を臨界計算コードを用いて定量的に把握し、これをもとに臨界に至る事故シナリオを分析する必要がある。また、建設予定の商用MOX燃料加工施設においては質量管理に計算機を用いた管理計算機システムが導入される予定であるため、質量管理の失敗シナリオの分析には、ソフトウェアの信頼性評価が重要となる。そこで、臨界計算コードによる臨界発生条件に基づいた事故シナリオを同定する手順及び管理計算機システムの誤作動等を分析する手順から成る臨界事象発生頻度評価手法を開発した。この手順に従いモデルMOX燃料加工施設を対象に評価を実施し、具体的な評価例を示すとともに、その有用性を確認した。

論文

Application of PSA to model facility for MOX fuel fabrication

玉置 等史; 吉田 一雄; 濱口 義兼*

Proceedings of 16th Pacific Basin Nuclear Conference (PBNC-16) (CD-ROM), 6 Pages, 2008/10

確率論的安全評価では、総合的かつ構造化された手法を用いて原子力施設の安全性を評価する。これにより得られるリスク情報は、原子力施設に対する効果的な規制活動及び安全機能の効率的な保守に利用できる可能性がある。原子力機構では、MOX燃料加工施設に適したPSA実施手順を構築した。この実施手順は、簡易的なPSA手法を用いて施設全体を評価する概略的PSAと、概略的PSAにより選別されたリスク上重要と考えられる事象を対象に原子炉施設のレベル1及びレベル2PSAに相当する分析を行う詳細なPSAの2つのステップで構成される。この実施手順を用いて計画中のMOX燃料工場の公開情報を参考に設定した実規模のモデルプラントを対象にPSAを実施し、得られた結果をリスクプロファイルとしてまとめ、これを用いて重要な事故シナリオを同定する方法を示した。

論文

リスク情報を活用した臨界安全評価に関する国内外の動向

玉置 等史; 内藤 俶孝*; 鈴木 忠和*; 三橋 雄志*

日本原子力学会誌, 50(2), p.97 - 102, 2008/02

近年、我が国では、原子力施設の潜在的危険性(リスク)を定量的に評価することにより得られるリスク情報を活用した安全規制導入の検討や安全管理へのリスク情報の反映方法の検討が進められている。安全規制にリスク情報を活用することにより、規制の合理性・整合性・透明性の向上、さらに効果的な規制活動が期待される。一方、海外諸国のうち、特に米国及び英国では、原子力施設すべてを対象に、リスク情報を活用した規制や管理を行うとしている。これまで、核燃料サイクル施設へのリスク情報の活用例はほとんど公開されていなかったが、2007年サンクトペテルスブルグで開催された臨界安全国際会議において、英国及び米国より核燃料サイクル施設へのリスク評価の応用研究についての報告があった。そこで、臨界安全に関する国内のリスク評価研究の現状と上記会議での報告内容を紹介する。

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