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報告書

STACYにおけるPu臨界実験のためのビニルバッグの改良及びモックアップ試験(受託研究)

小野寺 清二; 菅原 進; 小林 丙午; 芳賀 浩一; 福島 奨*; 七字 勇*; 大野 秋男

JAERI-Tech 2002-070, 77 Pages, 2002/09

JAERI-Tech-2002-070.pdf:8.74MB

NUCEF(燃料サイクル安全工学研究施設)のSTACY(定常臨界実験装置)では、プルトニウムを用いた臨界実験に先立ち、運転時及び点検作業時の安全性を確保するための設備の整備を進めているところである。その整備計画の一環として、炉心タンクに接続されている安全棒駆動装置,給排液・ベント系ノズル等の連結部に用いられているビニルバッグについて、溶着シームの無い密封性に優れたシームレスビニルバッグを試作し、その閉じ込め性能,脱装着操作性等にかかわるモックアップ試験を実施した。その結果、閉じ込め機能を強化した密封性に優れた改良型ビニルバッグの実用化に見通しが得られた。本報告書は、平成13年度に実施したビニルバッグの改良及びモックアップ試験の結果についてまとめたものである。

報告書

MSC/NASTRANによるプルトニウム用グローブボックスの耐震解析

平田 勝; 石川 一哉*; 黒澤 誠; 福島 奨; 星名 博文*

JAERI-M 92-206, 50 Pages, 1993/01

JAERI-M-92-206.pdf:1.62MB

地震時におけるプルトニウム取扱用グローブボックスの構造強度解析は、プルトニウムの閉じ込め機能を評価するうえで重要である。しかしながら、プルトニウムの閉じ込め機能をより高い精度で評価するためには、地震時に発生するグローブボックス本体の窓枠とアクリル樹脂製窓面との相対変位について解析する方法を検討する必要がある。このため、有限要素法による構造解析コードMSC/NASTRANを用いて、大洗研究所燃料研究棟の標準的なグローブボックスを対象に耐震解析を行った。固有振動数および静的震度法による解析の結果から、グローブボックス窓枠周辺部の最適モデル化の手法について検討した。また、最適モデルについてグローブボックスの地震時における構造強度および窓枠周辺部の変位量を床応答スペクトル法および時刻歴応答法により詳細に評価した。

報告書

プルトニウム燃料用微量金属不純物定量装置の設計・製作および性能試験

福島 奨; 半田 宗男; 塩沢 憲一; 平田 勝; 水上 治男*

JAERI-M 90-062, 49 Pages, 1990/03

JAERI-M-90-062.pdf:2.4MB

直流アーク(DCA)および誘導結合プラズマ(ICP)の両発光源を備えたプルトニウム燃料用微量金属不純物定量装置を設計・製作した。本装置では、限られた燃料研究棟の床面積の有効利用を図るために、DCAおよびICP発光スタンドを1台のグローブボックス内に、しかも1台の分光器により測定できるよう同一光路上に配置する新しい設計を採用した。このために生じる光路長の増大に伴う感度低下、ICP発光分光分析用液体試料から発生する酸性蒸気によるグローブボックス内装装置の腐食劣化等の問題は、光学系の改善、給気導入系の新設等により解決した。本装置の定量性能は、グローブボックスに格納しない、単独発光源のDCAまたはICP発光分析装置に同等であることを、BEC(Background Equivalent Concentration)値の比較から確認した。

報告書

NUCEF臨界実験のためのプルトニウム溶液燃料調製試験装置の製作

桜井 聡; 平田 勝; 阿見 則男; 臼田 重和; 阿部 治郎; 若松 幸雄; 館盛 勝一; 福島 奨; 栗原 正義; 小林 岩夫

JAERI-M 90-059, 35 Pages, 1990/03

JAERI-M-90-059.pdf:1.38MB

燃料サイクル安全工学研究施設(NUCEF)の原子炉関連設備で使用するプルトニウム硝酸溶液燃料(Pu:60kg)の調製方法を確証するため、「酸化プルトニウム溶解性モックアップ試験」が計画された。この試験は、電解酸化法による100g規模の酸化プルトニウムの溶解、プルトニウム精製のための原子価調製、ならびにこれらの装置を格納し、プルトニウムに含まれる$$^{241}$$Amおよび溶解時に添加した銀の除去を目的としたプルトニウム精製からなる。本試験を実施するために、溶解、原子価調製および精製装置、ならびにプルトニウム溶液を取扱うためのグローブボックスを大洗研究所燃料研究棟に製作・整備した。本報告では、これらの装置およびグローブボックスの設計条件、使用および性能試験について述べる。

報告書

発光分光分析法による核燃料中の金属不純物元素の定量の現状; 調査報告書

半田 宗男; 平田 勝; 塩沢 憲一; 福島 奨

JAERI-M 90-015, 134 Pages, 1990/02

JAERI-M-90-015.pdf:3.28MB

発光分光法による核燃料中の金属不純物の定量の現状について調査した。発光分光法の開発の経緯、Pu用分析装置、核燃料中の金属不純物の許容濃度についてはじめに解説した。続いて、担体蒸留法-直流アーク(DCA)分光法(AES)によるU及びPu系燃料中の金属不純物の定量、化学分離、DCA-AESによる希土類元素の定量について概説した。また、誘導結合プラズマ(ICP)-AESによるTRUの定量及び金属不純物の定量について詳説した。さらに、各種微量分析法の検出下限値について、最新のレーザ励起-蛍光分析(LIF)及びレーザ励起-加速イオン化法(LEI)を含めて比較討論を行った。最後に大洗研燃料研究棟に整備したDCA-ICP-AESを利用した実験計画について紹介した。

論文

Thermal conductivity of (U,Pu)C containing MoC up to 10 mol%

荒井 康夫; 大道 敏彦; 福島 奨; 半田 宗男

Journal of Nuclear Materials, 170, p.50 - 56, 1990/00

 被引用回数:0 パーセンタイル:100

主要固体FP元素の一つであるモリブデンを最高10モル%含むウラン・プルトニウム混合炭化物の熱伝導度を、レーザフラッシュ法で測定した熱拡散率の値より求めた。モリブデンが混合炭化物に固溶限(約3.5モル%)以内では、混合炭化物の熱伝導度はモリブデンの量と共に単調に減少した。一方、固溶限以上のモリブデンを含む混合炭化物の熱伝導度は、実験範囲内ではほぼ一定の値を示した。一部の固溶体試料について電気抵抗を測定し、モリブデン量の増加に伴う熱伝導度の減少は、電子伝導の減少に起因することを見出した。このほか、ウラン、プルトニウム及びモリブデンを含む複合炭化物(U,Pu)MoC$$_{2}$$及び(U,Pu)MoC$$_{1.7}$$の熱伝導度を算出した。

論文

高速炉用燃料の特性および照射挙動; U-Pu混合酸化物、炭化物、チッ化物、金属

半田 宗男; 福島 奨; 岩井 孝

日本原子力学会誌, 31(8), p.886 - 893, 1989/08

 被引用回数:2 パーセンタイル:66.06(Nuclear Science & Technology)

過去20年間高速炉用標準燃料としてウラン・プルトニウム混合酸化物が用いられてきたが、高速炉の経済性および安全性の観点から新型燃料である混合炭化物、窒化物および金属の開発が近年活発化している。本稿では、はじめに高速炉燃料の変遷について簡単に紹介する。続いて、四つの燃料の特性および照射挙動の相互比較を行い、最後に照射実績について述べる。

報告書

JMTR照射キャプセル(84F-10A、84F-12A、87F-2A)用混合炭化物燃料ピンの製作

荒井 康夫; 岩井 孝; 前多 厚*; 笹山 龍雄; 塩沢 憲一; 大道 敏彦; 鈴木 康文; 井上 明彦; 福島 奨; 半田 宗男

JAERI-M 89-060, 15 Pages, 1989/05

JAERI-M-89-060.pdf:1.14MB

高速炉用新型燃料の健全性評価の一環として、JMTRを用いたキャプセル照射を行う目的で、ウラン・プルトニウム混合炭化物燃料ピン計5本を製作した。燃料被覆管には外径9.4mmの太径のSUS-316相当ステンレス鋼製を用いるとともに、燃料ペレットには81~86%理論密度の低密度ペレットを採用し、燃料ピン内部空間には1気圧のヘリウムガスを充填した。燃料ペレットについてはその特性を十分把握するとともに、燃料ピンについても気密試験、X線透過試験、溶接部の金相試験、表面汚染度検査等を実施して、その健全性を確認した。

論文

Thermal conductivity of near-stoichiometric(U, Pu, Zr)C solid solutions

荒井 康夫; 大道 敏彦; 福島 奨; 半田 宗男

Journal of Nuclear Materials, 168, p.137 - 143, 1989/00

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)

化学量論的組成に近く、ZrCを最大10mol%含む(U、Pu、Zr)C固溶体ペレットを調製し、その熱伝導度を求めた。熱伝導度は、真空中、680~1600kでレーザフラッシュ法により測定した熱拡散率より算出した。熱伝導度は固溶体中のZrCの濃度とともに減少した。熱伝導の機構解明のために測定した固溶体の電気抵抗は、温度依存性に変化はないものの、ZrCの濃度とともに増加した。これらの実験結果から、(U、Pu、Zr)C固溶体のZrC濃度増加に伴う減少は、電子伝導寄与分の減少に起因することが推察された。(U、Pu)Cに第三元素を添加した際に起こる熱伝導度の減少を、第三元素の原子半径の大きさに関連して議論した。

論文

Fabrication of (U,Pu)N fuel pellets

荒井 康夫; 福島 奨; 塩沢 憲一; 半田 宗男

Journal of Nuclear Materials, 168, p.280 - 289, 1989/00

 被引用回数:44 パーセンタイル:3.6(Materials Science, Multidisciplinary)

窒素-水素混合気流中における炭素熱還元により合成したウラン・プルトニウム混合窒化物を用い、種々の条件のもとで焼結して得られたペレットについての特性を調べた。ペレット密度は、焼結前の粉砕時間、焼結温度、猖獗雰囲気などに強く依存した。また密度調整用に添加したポアフォーマ(気孔形成剤)の量と焼結ペレットの密度との間には良好な直線関係が得られた。ポアフォーマの添加により製造した低密度ペレットは、焼結温度の制御によって得た低密度ペレットに比較して、優れた熱安定性を示した。

論文

Thermal conductivity of near-stoichiometric (U,Ce)C and (U,Pu,Ce)C solid solutions

荒井 康夫; 大道 敏彦; 福島 奨; 半田 宗男

Journal of Nuclear Materials, 160, p.111 - 116, 1988/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:79.74

代表的な希土類元素であるセリウムを最大10mol%含んだ化学量論的組成の(U、Ce)Cおよび(C、Pu、Ce)Cの固溶体の熱伝導度を、740~1600Kの温度範囲でレーザーフラッシュ法により測定した。熱伝導度は、温度依存性に変化は見られないものの、(U、Ce)C、(U、Pu、Ce)Cの場合とも、セリウムの濃度の増加とともに減少する傾向が見られた。合わせて行った電気抵抗の測定結果から、セリウムを含んだ固溶体においても電子伝導の寄与が支配的であり、UC、(U、Pu)Cに比較してその熱伝導度が低下するのは電子伝導の低下に起因することを明らかにした。

論文

Electrical conductivity of near-stoichiometric (U,Gd)O$$_{2}$$ solid solutions

荒井 康夫; 大道 敏彦; 福島 奨; 半田 宗男

Journal of Nuclear Materials, 150, p.233 - 237, 1987/00

 被引用回数:5 パーセンタイル:48.34(Materials Science, Multidisciplinary)

化学量論組成に近いウラニア、ガドリニア固溶体(U,Gd)O$$_{2}$$の電気伝導度を室温から約1,000Kまで測定した。機械混合法により調製した試料はGdO$$_{1}$$$$_{.}$$$$_{5}$$を最大14mol%含み、O/(U+Gd)比は、ほぼ2,000に等しかった。電気伝導度の測定は直流四端子法を用いてアルゴンガス気流中で行った。ウラニアにガドリニアを添加することによりP型の電気伝導が促進されることがわかった。固溶体の電気伝導機構は、U$$^{5}$$$$^{+}$$とU$$^{4}$$$$^{+}$$の間で局在している正孔のホッピングに基づくものと解釈できた。さらに得られた実験結果は、断熱状態下でのスモールポーラロン理論に基づく記述とよく合致した。

論文

Electrical conductivity of oxygen deficient urania-yttria solid solutions

大道 敏彦; 竹下 英文; 福島 奨; 前多 厚

Journal of Nuclear Materials, 151, p.90 - 94, 1987/00

 被引用回数:3 パーセンタイル:24.34(Materials Science, Multidisciplinary)

酸素空孔を含むf.c.c型ウラニア-イットリア固溶体の電気伝導度を室温から400$$^{circ}$$Cにわたってチッ素(99.99%up)中で測定した。約200$$^{circ}$$C以上で電気伝導度は酸化のために上昇し、温度上昇、下降時の伝導度-温度曲線に差異が見られた。伝導度の値を固溶体中のU$$^{5}$$$$^{+}$$に局在したホールをキャリアと仮定して、スモールポーラロンモデルで評価した。酸素空孔はキャリアの移動を防げるような作用をする。

論文

高速炉用金属燃料の照射挙動

半田 宗男; 福島 奨

日本原子力学会誌, 29(9), p.769 - 774, 1987/00

高速炉用燃料として再評価されているU-Pu-Zr合金燃料について、スエリング、FPガス放出、燃料と被覆材の機械的相互作用、同化学的相互作用、燃料組織変化、Zrの再分配、非定常時の挙動等の照射挙動に焦点を合せて解説した。

報告書

高出力照射試験用ウラン,プルトニウム混合炭化物燃料ピンの製作

荒井 康夫; 岩井 孝; 前多 厚; 笹山 龍雄; 塩沢 憲一; 井上 明彦; 鈴木 康文*; 福島 奨; 大道 敏彦; 半田 宗男

JAERI-M 86-094, 25 Pages, 1986/07

JAERI-M-86-094.pdf:1.09MB

高速炉用新型燃料の健全性評価の一環として、高出力照射試験用のウラン、プルトニウム混合炭化物燃料ピンを製作した。燃料としては化学量論的組織及び超化学量論的組織の太径の低密度混合炭化物ペレットを用いた。また被覆管には米国エネルギ-省より入手した316相当のステンレス鋼を採用した。燃料ペレット、燃料ピンに関して行なった各種試験の結果から、製品は製作仕様に充分合致している事が確認された。

論文

The Effect of rare earths on thermal conductivity of uranium,plutonium and their mixed oxide fuels

福島 奨; 大道 敏彦; 半田 宗男

J.Less-Common Met., 121, p.631 - 636, 1986/00

 被引用回数:10 パーセンタイル:23.27(Chemistry, Physical)

ウラン・プルトニウム及びこれらの混合酸化物燃料の熱伝導度に及ぼす固溶希土類元素の影響について組織的な研究を行った。希土類元素としては、Nd、Sm、Eu及びGdを選び、これにYを含めて、0~15Mol%濃度範囲及び700~1900Kの温度範囲について調べた。固溶体の熱伝導度は、実測した熱拡率及び文献に報告された酸化物燃料及び希土類酸化物の値から推測した固溶体の比熱及び熱膨張係数を用いて求めた。得られたデータをAmbegaokerの導出した誘電体に関する熱伝導度式に導入して、歪パラメータを算出した。この結果、上記酸化物燃料と希土類元素固溶体の熱伝導度について任意の希土類酸化物含有量(最大15Mol)及び700~1550Kの温度範囲について、半理論的に計算で求めることが可能となった。

報告書

高燃焼度模擬(U,Pu)O$$_{2}$$燃料の蒸発に関する質量分析的研究

前多 厚; 大道 敏彦; 福島 奨; 半田 宗男

JAERI-M 85-120, 22 Pages, 1985/08

JAERI-M-85-120.pdf:1.69MB

高燃焼度を模擬した(U,Pu)O$$_{2}$$燃料の蒸発挙動を高温質量分析計を用いて調べた。照射燃料におけるFPの化学的挙動及び測定した模擬燃料のXMAによる分析を参考にして、模擬FP元素の化学形と蒸発挙動との関連を考察した。Pd、Sr、Ba、Ce、U及びPuの蒸発種を観測した。Pdは金属析出物相からの、Ce及びSrは燃料マトリックスからの蒸発である。アクチノイドの蒸発挙動は亜化学量論組成の混合酸化物燃料からの挙動と類似している。Baの蒸発挙動は、約2000Kを境に大きく異なることを見い出した。この現象はBaZrO$$_{3}$$が燃料マトリックス中へ溶解することに起因することを、模擬燃料及びBaZrO$$_{3}$$からのBaOの蒸気圧測定並びに熱力学的考察により明らかにした。

論文

Thermal conductivity of UMoC$$_{2}$$,UMoC$$_{1}$$$$_{.}$$$$_{7}$$,U$$_{2}$$RuC$$_{2}$$ and U$$_{2}$$RhC$$_{2}$$

荒井 康夫; 大道 敏彦; 福島 奨; 半田 宗男

Journal of Nuclear Materials, 132, p.284 - 287, 1985/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:35.94(Materials Science, Multidisciplinary)

三元系化合物UMoC$$_{2}$$,UMoC$$_{1}$$$$_{.}$$$$_{7}$$,U$$_{2}$$RuC$$_{2}$$およびU$$_{2}$$RhC$$_{2}$$の熱伝導度を、750~1500Kで測定した熱拡散率から求めた。UC,Mo,Ru,Rhおよび黒鉛の粉末混合,焼結により試料を調製し、X線回折,化学分析等によりその特性を明らかにした。測定試料は各々の単相に近い化合物であり、密度は85~95%TDであった。熱伝導度の値は、いずれの化合物とも、測定温度範囲内で温度とともに上昇した。この点から、これらの化合物の熱伝導では電子伝導が大きく寄与することを推定した。1200Kにおける熱伝導度はUMoC$$_{2}$$およびUMoC$$_{1}$$$$_{.}$$$$_{7}$$では約14W/m・k,U$$_{2}$$RuC$$_{2}$$およびU$$_{2}$$RhC$$_{2}$$では18W/m・kであった。とりあげた三元系化合物の熱伝導度はUCに比べて低いため、照射中に炭化物燃料の熱伝導度は三元系化合物の析出により低下することが予想される。ここではその割合が小さく、1200Kで約2%にすぎないことを評価した。

論文

Mass spectrometric study of vaporization of(U,Pu)O$$_{2}$$ fuel simulating high burnup

前多 厚; 大道 敏彦; 福島 奨; 半田 宗男

Journal of Nuclear Science and Technology, 21(10), p.800 - 802, 1984/00

 被引用回数:3 パーセンタイル:40.18(Nuclear Science & Technology)

高燃焼度を模擬した(U,Pu)O$$_{2}$$燃料について、高温質量分析法を用いて、1300$$^{circ}$$C~1900$$^{circ}$$Cの温度範囲での蒸発種の測定を行った。得られた結果について、照射燃料における核分裂生成物元素の化学的挙動や、測定した模擬燃料のEPMAによる分析をもとに解釈を行った。主な知見を以下に述べる。1)Pd蒸気種は白金属元素と析出合金相の分解により生成する。2)アルカリ土類元素SrとBaの蒸発挙動は大きく異なる。Baの2000Kでの蒸気圧変化は、BaZrO$$_{3}$$相から酸化物燃料マトリックスへの固溶を示している。3)Ceは、酸化物の形で蒸発し、燃料マトリックスとの固溶体からの蒸発である。4)U,Puを伴う蒸発種の挙動は、複雑であるが亜化学的当量混合酸化物の挙動に似ている。

報告書

照射用ウラン・プルトニウム混合炭化物燃料ピンの製作

半田 宗男; 大道 敏彦; 福島 奨*; 笹山 龍雄; 鈴木 康文; 前多 厚; 荒井 康夫; 岩井 孝; 相沢 雅夫; 金田 義朗; et al.

JAERI-M 83-206, 34 Pages, 1983/11

JAERI-M-83-206.pdf:1.28MB

高速炉用新型燃料であるウラン・プルトニウム混合炭化物燃料の健全性を評価するために、58年度にJRR-2で照射する2本のヘリウムボンド炭化物燃料ピンを製作した。燃料としては、化学量論組成及び超化学量論組成の炭化物ペレットを用いた。本報告書では、炭素熱還元法による炭化物燃料の製造から316ステンレス鋼被覆管へのペレットの封入までの過程と、ペレット及びピンに関する各種試験について記述する。

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