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報告書

福島における放射性セシウムの環境動態研究の現状(平成30年度版)

長尾 郁弥; 新里 忠史; 佐々木 祥人; 伊藤 聡美; 渡辺 貴善; 土肥 輝美; 中西 貴宏; 佐久間 一幸; 萩原 大樹; 舟木 泰智; et al.

JAEA-Research 2019-002, 235 Pages, 2019/08

JAEA-Research-2019-002.pdf:21.04MB

2011年3月11日に発生した太平洋三陸沖を震源とするマグニチュード9.0の東北地方太平洋沖地震とそれに伴って発生した津波により、東京電力福島第一原子力発電所の事故が発生し、その結果、環境中へ大量の放射性物質が放出され、その大部分が森林に沈着している。これに対し、面積が広大であり大量の除去土壌等が生じる、多面的な森林の機能が損なわれる可能性があるなどの問題があり、生活圏近傍を除き、汚染された森林の具体的な除染計画はない。そのため、未除染の森林から放射性セシウムが流出し、既に除染された生活圏に流入することに対する懸念があり、避難住民の帰還や産業再開の妨げとなる可能性があった。原子力機構では、環境中に放出された放射性物質、特に放射性セシウムの移動挙動に関する「長期環境動態研究」を2012年11月より実施している。この目的は、自治体の施策立案を科学的側面から補助する、住民の環境安全に関する不安を低減し、帰還や産業再開を促進するといった点にある。本報告書は、原子力機構が福島県で実施した環境動態研究におけるこれまでの研究成果について取りまとめたものである。

論文

Study on optimizing microwave heating denitration method and powder characteristics of uranium trioxide

瀬川 智臣; 川口 浩一; 加藤 良幸; 石井 克典; 鈴木 政浩; 藤田 峻也*; 小林 昌平*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 湯淺 朋久*

Proceedings of 2019 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2019) (Internet), 9 Pages, 2019/05

硝酸ウラニル・硝酸プルトニウム混合溶液から混合酸化物への転換において、マイクロ波加熱脱硝法が利用されている。マイクロ波加熱の効率性及び均質なUO$$_{3}$$粉末を製造するための加熱均一性の向上を目的とし、塩化カリウム寒天及び硝酸ウラニル溶液のマイクロ波加熱試験、並びに数値シミュレーションによる解析を実施した。硝酸ウラニル溶液の誘電損失に調整した塩化カリウム寒天を用いたマイクロ波加熱試験により、マイクロ波加熱脱硝に最適なサポートテーブル高さは50mmとなることを確認した。また、断熱材を用いた硝酸ウラニル溶液のマイクロ波加熱試験により、脱硝時間の短縮によるエネルギー利用効率の向上及び脱硝体の剥離性が改善による収率の向上を確認した。さらに複数のサンプリング位置において採取したUO$$_{3}$$について、いずれも粉末特性が改善し高密度のペレットが作製可能となることが明らかになった。断熱材を設置することで硝酸ウラニル溶液のマイクロ波加熱の均一性が向上することが数値シミュレーションにより示された。

論文

Mechanism of flashing phenomena by microwave heating and influence of high dielectric constant solution

藤田 峻也*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 湯淺 朋久*; 瀬川 智臣; 加藤 良幸; 川口 浩一; 石井 克典

Proceedings of 11th Korea-Japan Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-11) (Internet), 7 Pages, 2018/11

使用済燃料の再処理工程において、硝酸ウラニル・硝酸プルトニウム混合溶液をマイクロ波加熱脱硝法により、酸化ウラン・酸化プルトニウム混合酸化物粉末に転換しており、今後、量産規模の脱硝技術を開発する上で、マイクロ波加熱時の突沸及び噴きこぼれ防止のために運転条件の把握が求められる。本研究において、溶液の誘電率の増加に伴い熱伝導係数が低下することを明らかにした。また、噴き上げ現象においては気泡成長よりも無数の微小気泡の発生が支配的に影響を及ぼすと考えられる。

論文

Mechanism of flashing phenomena induced by microwave heating

藤田 峻也*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 湯浅 朋久*; 瀬川 智臣; 山田 美一; 加藤 良幸; 石井 克典

Proceedings of 26th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-26) (Internet), 8 Pages, 2018/07

使用済燃料を再処理する工程において、マイクロ波加熱脱硝法により、硝酸ウラニル・硝酸プルトニウム混合溶液から酸化ウラン・酸化プルトニウム混合酸化物粉末を製造している。将来に向けた量産規模の脱硝技術開発において、マイクロ波加熱時の沸騰中の突沸及び噴きこぼれを防止するため、十分に運転条件を把握することが求められる。本研究においては、高誘電損失の硝酸ウラニル水溶液の模擬物質として塩化カリウム水溶液において、KCl濃度の増加に伴う誘電損失の増加に伴い、溶液表面でマイクロ波が損失することを実験及び電磁場解析により確認し、加熱状態の変化が突沸の発生に影響を及ぼすことを明らかにした。

報告書

シビアアクシデント後の再臨界評価手法の高度化に関する研究(共同研究)

久語 輝彦; 石川 眞; 長家 康展; 横山 賢治; 深谷 裕司; 丸山 博見*; 石井 佳彦*; 藤村 幸治*; 近藤 貴夫*; 湊 博一*; et al.

JAEA-Research 2013-046, 53 Pages, 2014/03

JAEA-Research-2013-046.pdf:4.42MB

本報告書は、2011年3月に発生した東京電力福島第一原子力発電所事故の収束に貢献することを目的として、日本原子力研究開発機構と日立GEニュークリア・エナジーが、2011-2012年度の2年間にわたって共同で実施した研究の成果をまとめたものである。本研究ではまず、現状の福島第一原子力発電所において再臨界に到るシナリオを検討した。引き続いて、そのシナリオに応じた投入反応度及び反応度フィードバックメカニズムをモデル化して、シビアアクシデント後の原子力発電所における再臨界事象を評価できる手法を開発し、汎用炉心解析システムMARBLE上で稼働する臨界事故シミュレーションツールPORCASとして整備した。さらに、このPORCASを用いて、福島第一原子力発電所における代表的な再臨界シナリオの挙動解析を行い、この結果を用いて被ばく線量を評価することにより、公衆への影響の程度を概算した。

報告書

概要調査段階における設計・性能評価手法の高度化; NUMO-JAEA共同研究報告書(2011年度)(共同研究)

柴田 雅博; 澤田 淳; 舘 幸男; 牧野 仁史; 早野 明; 三ツ井 誠一郎; 谷口 直樹; 小田 治恵; 北村 暁; 大澤 英昭; et al.

JAEA-Research 2012-032, 298 Pages, 2012/09

JAEA-Research-2012-032.pdf:33.68MB

原子力機構(JAEA)と原子力発電環境整備機構(NUMO)は、概要調査段階における処分場の設計・性能評価に関連する主要な技術テーマについて、原子力機構が蓄積してきた技術やノウハウを、NUMOが今後の処分事業に適用できるよう、実施主体の視点に沿って実用化を図っていくための具体的な考え方と進め方を策定するとともに、必要な開発課題と今後の計画を明らかにすることを目的として、2011年度に共同研究を実施した。実施テーマと概要は以下の通り。(1)対象母岩の選定に関する検討:母岩特性のうち水理に着目し、母岩特性を評価するための項目、及び地下水移行時間の評価手法について、地質環境の調査・評価と関連付けたうえで整理した。(2)シナリオの構築に関する検討:シナリオ構築手順を具体化するとともに、ガラス固化体の溶解と核種の浸出、オーバーパックの腐食、緩衝材の長期変遷について、現象理解に関する最新の知見を構造的に整理した。(3)核種移行パラメータの設定に関する検討:緩衝材の分配係数と拡散係数、母岩の分配係数を対象として、パラメータ設定の方法論を検討し、その方法論に従った試行を行った。(4)知識情報の品質確保に関する検討:知識情報の品質を確保するための考え方や手法を、(2)シナリオの構築で検討した状態設定に対する論拠に関する情報を例として検討した。

論文

Extended steady-state and high-beta regimes of net-current free heliotron plasmas in the Large Helical Device

本島 修*; 山田 弘司*; 小森 彰夫*; 大藪 修義*; 武藤 敬*; 金子 修*; 川端 一男*; 三戸 利行*; 居田 克巳*; 今川 信作*; et al.

Nuclear Fusion, 47(10), p.S668 - S676, 2007/10

 被引用回数:31 パーセンタイル:20.71(Physics, Fluids & Plasmas)

大型ヘリカル装置(LHD)では、加熱パワーの増大及び粒子の排気/供給能力の向上に加え、革新的な運転シナリオの発見により、無電流ヘリオトロンプラズマの性能を改善することに成功した。その結果、特に、高密度,長時間運転,高ベータに関して運転領域を拡大することに成功した。LHDにおける多様な研究の結果、無電流ヘリオトロンプラズマの特長が明らかになった。特に、ローカルアイランドダイバータによる排気とペレット入射によるプラズマ中心部への粒子供給を組合せることにより内部拡散障壁(IDB)を形成し、5$$times$$10$$^{20}$$m$$^{-3}$$という超高密度のプラズマが得られた。4.5%の体積平均ベータ値や、54分間の放電時間(総入力エネルギー: 1.6GJ,平均入力パワー: 490kW)を達成することにも成功した。本論文では、IDB,高ベータプラズマ,長時間運転に関する最近2年間の成果を概括する。

論文

Extended steady-state and high-beta regimes of net-current free heliotron plasmas in the large helical device

本島 修*; 山田 弘司*; 小森 彰夫*; 大藪 修義*; 金子 修*; 川端 一男*; 三戸 利行*; 武藤 敬*; 居田 克巳*; 今川 信作*; et al.

Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 12 Pages, 2007/03

大型ヘリカル装置(LHD)では、加熱パワーの増大及び粒子の排気/供給能力の向上と併せ、無電流ヘリオトロンプラズマの革新的な運転シナリオの開発を行った。その結果、高密度,長時間運転,高ベータに関して運転領域を拡大することに成功した。LHDにおける多様な研究の結果、無電流ヘリオトロンプラズマの特長が明らかになった。特に、ローカルアイランドダイバータによる排気とペレット入射によるプラズマ中心部への粒子供給を組合せることにより内部拡散障壁(IDB)を形成し、$$5times10^{20}$$m$$^{-3}$$という超高密度のプラズマが得られた。この結果は魅力的な超高密度核融合炉へ道を開くものである。また、4.5%の体積平均ベータ値や、54分間(総入力エネルギー: 1.6GJ,平均パワー: 490kW)の放電維持時間を得ることにも成功した。本論文では、IDB,高ベータプラズマ,長時間運転に関する最近2年間の成果を概括する。

論文

Conceptual design study and evaluation of advanced fuel fabrication systems in the feasibility study on commercialized FR fuel cycle in Japan

滑川 卓志; 川口 浩一; 小池 和宏; 原口 信吾; 石井 暁

Proceedings of International Conference on Nuclear Energy System for Future Generation and Global Sustainability (GLOBAL 2005) (CD-ROM), 6 Pages, 2005/10

実用化戦略調査研究における低除染TRU燃料製造システムについてプラント概念を構築し、システム評価を実施した。簡素化ペレット法は従来法の実績経験を有するため早期の実用化が期待される。ゲル化法は溶液及び顆粒として物質取扱するため微粉飛散が少ない利点がある一方、多量の工程廃液処理によるコスト増大が課題である。射出鋳造法は小規模施設での経済性に優れるが、TRU金属合金スラグ製造性の立証を要する。窒化物燃料に関しては、N-15回収再利用に関する技術開発が必要である。特に、被覆粒子燃料製造においては、コーティング及び集合体形成プロセスで更なる技術開発が求められている。

論文

Silicon isotope separation utilizing infrared multiphoton dissociation of Si$$_{2}$$F$$_{6}$$ irradiated with two-frequency CO$$_{2}$$ laser lights

横山 淳; 大場 弘則; 橋本 雅史; 勝又 啓一; 赤木 浩; 石井 武*; 大家 暁雄*; 荒井 重義*

Applied Physics B, 79(7), p.883 - 889, 2004/11

 被引用回数:8 パーセンタイル:57.24(Optics)

シリコン同位体分離を2振動数CO$$_{2}$$レーザー光照射によるSi$$_{2}$$F$$_{6}$$の赤外多光子解離を利用して行った。2振動数光照射により高い分離係数を維持したまま分離効率を向上させることができた。例えば、966.23cm$$^{-1}$$(0.089J/cm$$^{2}$$)と954.55cm$$^{-1}$$(0.92J/cm$$^{2}$$)の光を100パルス同時に照射し、Si$$_{2}$$F$$_{6}$$を40%分解させることで$$^{28}$$Si同位体純度99.4%のSi$$_{2}$$F$$_{6}$$が得られた。一方、954.55cm$$^{-1}$$の光(0.92J/cm$$^{2}$$)のみでは同位体純度99.0%のSi$$_{2}$$F$$_{6}$$を得るのに1000パルスの照射が必要であった。$$^{29}$$Siと$$^{30}$$Siの1パルス照射あたりの分離係数は、Si$$_{2}$$F$$_{6}$$圧の増加に伴って増大した。この圧力効果の原因について周囲の気体との衝突による回転及び振動緩和の観点から議論した。

報告書

「常陽」MK-III冷却系改造工事; 2次冷却系撤去機器の解体・ナトリウム洗浄作業

石井 貴之; 礒崎 和則; 芦田 貴志; 皆川 暁; 寺門 嗣夫; 野上 浩*; 加倉井 克洋*; 植田 宗嗣*; 川原 啓孝; 市毛 聡; et al.

JNC-TN9410 2002-013, 86 Pages, 2002/11

JNC-TN9410-2002-013.pdf:68.29MB

高速実験炉「常陽」では、照射能力の高度化に向けたプロジェクト(MK-III)を進めている。MK-III計画は、炉心の高速中性子束を高める、照射技術を向上させることを目的としているが、炉心の中性子束を高めることで熱出力がMK-II炉心の100MWtから140MWtに増大する。MK-III冷却系改造工事は、その除熱能力を高めるため、原子炉冷却系機器のうち、主中間熱交換器及び主冷却機をはじめとした原子炉冷却機器を交換する工事である。このうち、1次冷却系では主中間熱交換器を既設の50MWt/基から70MWt/基、2次冷却系では主冷却器を既設の25MWt/基から35MWt/基に交換した。これらの工事は、平成12年10月30日から平成13年9月21日の間に実施し、無事工事を終了することができた。 本報告書は、これらの工事で撤去された機器のうち、非放射性ナトリウムの付着した主冷却器、主冷却器接続配管主中間熱交換器2次側接続配管をはじめとしたナトリウム機器の解体・洗浄及び主送風機等をはじめとした非ナトリウム機器の解体に係る方法、結果及び安全対策等についてまとめたものである。 2次冷却系撤去機器の解体・ナトリウム洗浄作業は、ほぼ計画通りの方法にて安全、かつ、効率的に作業を行うことができ、処理したナトリウム量は、約13.5kgであった。

論文

High enrichment of $$^{28}$$Si by infrared multiple photon decomposition of Si$$_{2}$$F$$_{6}$$

横山 淳; 大場 弘則; 柴田 猛順; 河西 俊一*; 杉本 俊一*; 石井 武*; 大家 暁雄*; 宮本 佳樹*; 磯村 昌平*; 荒井 重義*

Journal of Nuclear Science and Technology, 39(4), p.457 - 462, 2002/04

 被引用回数:2 パーセンタイル:80.93(Nuclear Science & Technology)

六フッ化ニケイ素(Si$$_{2}$$F$$_{6}$$)の赤外多光子解離を用いたシリコン同位体分離により高濃縮$$^{28}$$Siを得た。TEA炭酸ガスレーザーの10P(8)発振線(954.55cm$$^{-1}$$)の光をセルにつめたSi$$_{2}$$F$$_{6}$$にフルエンス1.0J/cm$$^{2}$$で照射した。その結果、$$^{29}$$Siと$$^{30}$$Siは、生成物であるSiF$$_{4}$$と白色の粉に濃縮し、$$^{28}$$Siは分解しないで残ったSi$$_{2}$$F$$_{6}$$に濃縮した。99.9%濃縮の$$^{28}$$Siは、Si$$_{2}$$F$$_{6}$$を50%分解することにより得られた。また、Si$$_{2}$$F$$_{6}$$を連続的に流し、レーザー照射を行うことで、99.7%濃縮の$$^{28}$$Siを2.5g/hの生成速度で連続的に生成することが出来た。

口頭

高速増殖炉サイクルの実用化戦略調査研究; 燃料製造システムにおける低除染TRU燃料の発熱影響評価,2

小池 和宏; 大島 宏之; 石井 暁; 滑川 卓志; 辻 延昌*; 橋本 昭彦*

no journal, , 

FBR実用化調査研究で設計研究を行っている低除染TRU燃料は、数$$sim$$十数W/kgHM程度の発熱を生じるため、燃料製造に悪影響を及ぼす可能性がある。簡素化ペレット製造施設を例にとると、燃料に直接関連する不具合として、(1)MOX粉末の再酸化,(2)MOXペレットのO/M比の変動,(3)燃料棒表面の酸化,(4)熱膨張による燃料バンドルのスタック等が考えられる。前報告では、一次元簡易モデル又は相関式等を用いて予備評価を行い、プレス(成型ホッパ)・集合体組立装置等の製造設備,ペレット・燃料棒・集合体貯蔵庫等の貯蔵設備で、上記の不具合が発生する可能性があることを示した。本報告では、上記のうちの製造設備について詳細検討を行い、対策を立案した。

口頭

X-ray Raman scattering experiment on the valence transition of EuPd$$_2$$Si$$_2$$

稲見 俊哉; 石井 賢司; Jarrige, I.; 吉田 雅洋; 光田 暁弘*

no journal, , 

X-ray absorption spectroscopy (XAS) is a powerful technique to investigate electronic structures of materials. In particular, using XAS in the soft X-ray regime, one can draw direct information on $$4f$$ orbitals of rare-earth compounds. A disadvantage of this technique, however, is the short penetration length of soft X-rays in solid materials and thus soft-XAS experiments under high pressure are unimaginable. X-ray Raman scattering (XRS) is an alternative method to acquire absorption spectra. This technique is truly bulk-sensitive and application to extreme conditions is relatively easy. We here report on a feasibility study of XRS applied to a mixed-valent f-electron system. We chose EuPd$$_2$$Si$$_2$$ that exhibits a sharp and large valence transition as a function of temperature as a test sample. The obtained XRS spectra showed a clear Eu $$4drightarrow4f$$ absorption feature at around $$Delta E$$=130 eV. The temperature dependence was small but definite.

口頭

X-ray Raman scattering study on the valence transition of EuPd$$_2$$Si$$_2$$

稲見 俊哉; 石井 賢司; 吉田 雅洋; 光田 暁弘*; 田口 宗孝*; Shin, S.*

no journal, , 

X線吸収分光法(XAS)による、希土類のM吸収端やN吸収端での内殻励起スペクトルは、4f電子の価数や空間対称性,混成の程度などを検出できる有力な手法として知られている。しかしながら、軟X線を用いるこの手法は物質に対する侵入長が短いため、例えば、高圧下の実験等は不可能である。X線ラマン分光法はX線の非弾性過程を利用する手法で、X線吸収スペクトルを得る代替法として知られている。硬X線を用いるので、バルク敏感で極限環境の実現も比較的たやすく、近年、希土類やアクチノイド化合物の電子構造の研究に用いられ始めている。今回は、このX線ラマン散乱法の物性研究への適用可能性を確認するため、150K近傍で急峻でかつ大きな価数転移を示すEuPd$$_2$$Si$$_2$$を試料としてテスト実験を行い、エネルギー損失スペクトルに、130eV近傍にEuの$$4drightarrow4f$$遷移に対応する明瞭な構造を観測することに成功した。

口頭

X線ラマン散乱法によるEuPd$$_2$$Si$$_2$$の価数転移の観測,2

稲見 俊哉; 石井 賢司; Jarrige, I.; 光田 暁弘*

no journal, , 

X線吸収分光法による希土類のM, N吸収端の内殻励起スペクトルは、4f電子の価数や空間対称性,混成の程度などを検出できる手法として知られている。しかし、軟X線を用いるため物質に対する侵入長が短く、高圧実験は不可能である。X線ラマン分光法はX線の非弾性過程を利用する手法で、X線吸収スペクトルを得る代替法として知られている。硬X線を用いるため極限環境に適しており、近年、希土類のような重元素の電子構造の研究にも用いられ始めている。前回、このX線ラマン分光法の物性研究への適用可能性を確認するため、価数転移を示すEuPd$$_2$$Si$$_2$$を試料としてテスト実験を行った。EuのN吸収端に対応する構造を観測した一方で、強度不足のため定量的な議論はできなかった。今回は、散乱強度の増大を目的に分光器に改良を行い、再実験を行った。SPring-8の原子力機構ビームラインBL11XUを用い、10Kと200Kで測定した。ほぼ計算通りの150倍の強度の増強に成功し、さらにN吸収端に加えM吸収端の測定にも成功した。驚くことに得られたエネルギー損失スペクトルは温度依存性を全く示さず、一方、L吸収端でのX線吸収スペクトルを測定したところ明瞭な価数転移を示した。

口頭

ガラス固化技術開発施設(TVF)における固化セルクレーンの補修

松村 忠幸; 高谷 暁和; 角 洋貴; 石井 清登; 新妻 孝一; 小高 亮; 藤原 孝治

no journal, , 

東海再処理施設ガラス固化技術開発施設(TVF)の高放射性廃液を扱う固化セルは、クレーン(20t:2基)(固化セルクレーン)と両腕型のバイラテラル・サーボマニプレータ(BSM)(2基)により故障した機器を遠隔操作で直接保守セルへ搬出し、その補修後、再び遠隔操作により固化セルへ搬入し取り付ける遠隔保守方式を採用した大型のセルである。東日本大震災の影響により故障した1基のBSMの補修中、平成23年12月に1基の固化セルクレーン主巻の作動不良が生じた。固化セル外からのケーブルテスタ(タイムドメイン反射測定器:TDR)を用いた調査により、主巻ブレーキを開放する給電系統において、トロリ付近の導通不良を確認したことから、BSMの補修を中断し、固化セルクレーンの補修に着手した。BSMが故障した状況での固化セルクレーンの補修は、平成4年のTVF竣工以来、初めての遠隔保守である。このため、遠隔操作においては、BSMの故障に伴い不足する遠隔保守に必要なITVカメラの視認性確保、また直接保守セルでの補修においては、被ばく低減のための作業手順等について、これまでに構築してきた固化セルの3D CADデータを活用して検討し、平成25年4月に無事その補修を完了した。

口頭

X-ray Raman scattering study on the valence transition in EuPd$$_2$$Si$$_2$$

稲見 俊哉; 石井 賢司; Jarrige, I.*; 吉田 雅洋*; 光田 暁弘*

no journal, , 

ランタノイドの$$M$$吸収端や$$N$$吸収端でのX線吸収分光は、$$4f$$電子の価数や空間対称性、混成を研究するうえで有用な手法である。一方、この手法の欠点は軟X線の固体への侵入長が非常に短いことである。X線Raman散乱法(XRS)はX線吸収スペクトルを得るための代わりの方法である。高エネルギーの入射X線はそのエネルギーの一部をさまざまな励起に与えることができ、得られたエネルギー損失スペクトルは吸収スペクトルに対応する。高エネルギーX線の長い侵入長はこの手法をバルク敏感にしており、極限環境への適用も容易である。この手法は軽元素に長い間適用されてきたが、近年発見された大きな運動量遷移での鋭いプリエッジ構造により、XRSはランタノイドやアクチノイドといった重元素の電子構造の研究に有用な新しい手法として認識されるようになった。ここでは、このXRSの$$4f$$混合原子価状態への適用の可能性について研究した。試料としては、150Kで大きく鋭い価数転移を示すEuPd$$_2$$Si$$_2$$を用いた。得られたXRSスペクトルは明確なEuの$$4drightarrow 4f$$$$3drightarrow 4f$$吸収構造を示した。しかし、予想に反して、スペクトルの温度変化は全く観測されなかった。

口頭

マイクロ波加熱による突沸現象の機構解明

藤田 峻也*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 湯浅 朋久*; 瀬川 智臣; 山田 美一; 加藤 良幸; 石井 克典

no journal, , 

使用済み燃料の再処理工程において、マイクロ波加熱脱硝法により、硝酸ウラニル・硝酸プルトニウム混合溶液から酸化ウラン・酸化プルトニウム混合酸化物(MOX)粉末を製造している。マイクロ波加熱脱硝法は沸騰現象を伴うことから、将来に向けた量産規模の脱硝技術開発において、突沸及び噴きこぼれを避ける運転条件を把握する必要がある。本研究では、マイクロ波加熱時の突沸現象の機構解明を目的とし、突沸時に瞬時に無数に発生する気泡の生成メカニズムについて考察を行った。気泡の不均質核生成時の接触角が177$$^{circ}$$Cの場合、不均質核生成頻度の理論値は実験値と概ね一致し、またその時の過熱度は35$$^{circ}$$Cに近いことがわかった。突沸時の噴き上げ現象の気泡生成メカニズムは、過熱液相内で不均質核生成により気泡が瞬時に大量に生成され、その気泡群が急激に成長することにより突沸現象に至ることを明らかにした。

口頭

マイクロ波加熱による突沸発生機構

藤田 峻也*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 湯淺 朋久*; 瀬川 智臣; 加藤 良幸; 川口 浩一; 石井 克典

no journal, , 

核燃料サイクルにおける使用済み燃料の再処理転換工程において、マイクロ波加熱脱硝法が使用されている。マイクロ波加熱では過渡沸騰現象を伴うことから、突沸による噴きこぼれの発生を防止するための運転条件の把握やそのメカニズムの解明が求められる。本研究では、マイクロ波加熱による突沸発生機構の解明を目的として突沸のモデルを想定し、突沸時の可視化結果から気泡生成頻度・気泡体積を計算し、気泡の瞬時生成と成長のメカニズムについて考察を行った。マイクロ波加熱時の突沸現象のメカニズムとして、過熱液相内の不均質核生成によって固液界面ナノバブルが瞬時に大量に生成し、その気泡群が急激に成長した後、崩壊し、気泡内圧の放出によって激しく噴き上がる現象が生じると考えられる。

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