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論文

Improvement of plant reliability based on combining of prediction and inspection of crack growth due to intergranular stress corrosion cracking

内田 俊介; 知見 康弘; 笠原 茂樹; 塙 悟史; 岡田 英俊*; 内藤 正則*; 小嶋 正義*; 木倉 宏成*; Lister, D. H.*

Nuclear Engineering and Design, 341, p.112 - 123, 2019/01

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

原子力プラントでは、リスク基準保全(RBM)にサポートされた信頼性基準保全(RCM)に基づくプラント信頼性向上策が採用されつつある。RBMは主要な材料に生じつつある欠陥をその進展過程で予測し、検査、保全を最適に組合せて実施されるものである。プラント全体にわたり、IGSCCを早期検出することにより、水化学制御などの適切な対応策の適用が可能となる。腐食環境とき裂進展の予測を組合せ、IGSCC決定因子である腐食電位、材料のSCC感受性、残留応力の不確実さが余寿命予測に及ぼす影響を定量的に評価した。結論として、(1)予測による重点検査箇所の効率的な選定、(2)検査による予測精度の向上、を結合させることによりプラントの信頼性向上に貢献できることを示した。

論文

Maximizing $$T_c$$ by tuning nematicity and magnetism in FeSe$$_{1-x}$$S$$_x$$ superconductors

松浦 康平*; 水上 雄太*; 新井 佑基*; 杉村 優一*; 前島 尚行*; 町田 晃彦*; 綿貫 徹*; 福田 竜生; 矢島 健*; 広井 善二*; et al.

Nature Communications (Internet), 8, p.1143_1 - 1143_6, 2017/10

 被引用回数:16 パーセンタイル:13.58(Multidisciplinary Sciences)

A fundamental issue concerning iron-based superconductivity is the roles of electronic nematicity and magnetism in realising high transition temperature ($$T_c$$). To address this issue, FeSe is a key material, as it exhibits a unique pressure phase diagram involving nonmagnetic nematic and pressure-induced antiferromagnetic ordered phases. However, as these two phases in FeSe have considerable overlap, how each order affects superconductivity remains perplexing. Here we construct the three-dimensional electronic phase diagram, temperature ($$T$$) against pressure ($$P$$) and iso-valent S-substitution ($$x$$), for FeSe$$_{1-x}$$S$$_x$$. By simultaneously tuning chemical and physical pressures, against which the chalcogen height shows a contrasting variation, we achieve a complete separation of nematic and antiferromagnetic phases. In between, an extended nonmagnetic tetragonal phase emerges, where $$T_c$$ shows a striking enhancement. The completed phase diagram uncovers that high-$$T_c$$ superconductivity lies near both ends of the dome-shaped antiferromagnetic phase, whereas $$T_c$$ remainslow near the nematic critical point.

報告書

Proceedings of 7th KAERI-JAEA Information Exchange Meeting on HTGR and Nuclear Hydrogen Technology; November 5th-6th, 2015, JAEA Oarai Research and Development Center, Oarai, Japan

稲葉 良知; Lee, T.*; 植田 祥平; 笠原 清司; 本多 友貴; Lee, H.*; Kim, E.*; Cho, M.*; Bae, K.*; 坂場 成昭

JAEA-Review 2015-043, 96 Pages, 2016/03

JAEA-Review-2015-043.pdf:79.27MB

日本原子力研究開発機構(JAEA)は、韓国原子力研究所(KAERI)と「韓国原子力研究所と日本原子力研究開発機構との間の原子力平和利用分野における研究協力実施取決め」を締結し、高温ガス炉と原子力水素技術の開発に関する研究協力計画の下で、高温ガス炉と熱化学法ISプロセスによる水素製造技術開発を効率的に進めるために、両者による情報交換会議を2015年11月5日$$sim$$6日に大洗研究開発センターにおいて実施した。会議は公開情報に基づき、双方の研究者により、日本及び韓国における高温ガス炉開発及び原子力水素研究開発の現状と将来計画が議論された。本報は、本会議における論文集である。

論文

Direct observation of lattice symmetry breaking at the hidden-order transition in URu$$_2$$Si$$_2$$

利根川 翔*; 笠原 成*; 福田 竜生; 杉本 邦久*; 安田 伸広*; 鶴原 悠悟*; 渡邊 大樹*; 水上 雄太*; 芳賀 芳範; 松田 達磨*; et al.

Nature Communications (Internet), 5, p.4188_1 - 4188_7, 2014/06

 被引用回数:40 パーセンタイル:7.69(Multidisciplinary Sciences)

We report on the observation of lattice symmetry breaking from the fourfold to twofold structure by high-resolution synchrotron X-ray diffraction measurements at zero field. Small orthorhombic symmetry-breaking distortion sets in at the transition temperature with a jump, uncovering the weakly first-order nature of the hidden-order transition. This distortion is observed only in ultra pure samples, implying a highly unusual coupling nature between the electronic pneumaticity and underlying lattice.

論文

鉄系超伝導体の電子ネマティック転移と斜方歪み

芝内 孝禎*; 笠原 成*; 松田 祐司*; 福田 竜生; 杉本 邦久*

日本結晶学会誌, 55(2), p.128 - 134, 2013/04

強相関電子系と呼ばれる物質群では、今までにない複雑な電子相が現れる。その最も驚くべき相の一つが、系の回転対称性を破る「電子ネマティック」相である。我々は新しい高温超伝導体系である鉄系超伝導体の常伝導相において見られる電子ネマティック相が、広いドープ領域に渡って存在していることを示した。磁気トルクによる高感度の面内異方性測定、放射光X線を用いた結晶構造の変化の観測、現象論的な理解を組み合わせたこの研究内容を紹介する。

論文

Electronic nematicity above the structural and superconducting transition in BaFe$$_2$$(As$$_{1-x}$$P$$_x$$)$$_2$$

笠原 成*; Shi, H. J.*; 橋本 顕一郎*; 利根川 翔*; 水上 雄太*; 芝内 孝禎*; 杉本 邦久*; 福田 竜生; 寺嶋 孝仁*; Nevidomskyy, A. H.*; et al.

Nature, 486(7403), p.382 - 385, 2012/06

 被引用回数:285 パーセンタイル:0.47(Multidisciplinary Sciences)

The electron nematicity, which break rotational symmetry of the crystal lattice, has been recently observed in high-$$T_c$$ superconductors. In iron-pnictides, it has been associated with the tetragonal-to-orthorhombic structural transition at $$T_s$$, and the observations has been limited in the orthorhombic phase or in the tetragonal phase under uniaxial strain. In this investigation we provide magnetic torque measurements, a thermodynamic evidence which clearly shows the development of nematicity well above $$T_s$$ and the persistence in the nonmagnetic superconducting regime. Combined with synchrotron X-ray measurements, our results identify two distinct temperatures-one at $$T^ast$$, signifying a true nematic transition, and the other at $$T_s$$ ($$< T^ast$$), which we show to be not a true phase transition, but rather what we refer to as a "meta-nematic transition", in analogy to the well-known metamagnetic transition in the theory of magnetism.

論文

Clarification of strain limits considering the ratcheting fatigue strength of 316FR steel

磯部 展宏*; 祐川 正之*; 中山 康成*; 伊達 信悟*; 大谷 知未*; 高橋 由紀夫*; 笠原 直人; 柴本 宏*; 長島 英明*; 井上 和彦*

Nuclear Engineering and Design, 238(2), p.347 - 352, 2008/02

 被引用回数:19 パーセンタイル:16.65(Nuclear Science & Technology)

高速炉設計基準の高度化を目的として、ラチェット疲労条件におけるひずみ制限について検討した。ラチェット変形を与える期間を1000回とし、累積非弾性ひずみをパラメータとして疲労試験を行った。累積非弾性ひずみの増加に伴い、平均応力が上昇し、疲労寿命が低下したが、平均応力が25MPa以下のときは、疲労寿命の低下はほとんど無視できた。高速炉運転条件に対して安全側と考えられるラチェット期間1000回の条件では、平均応力25MPaに対応する累積非弾性ひずみは2.2パーセントであり、現行の設計基準におけるひずみ制限値(2パーセント)により、ラチェットによる疲労寿命低下も防止できると考えられる。

論文

Conceptual design of hydrogen production system with thermochemical water-splitting iodine-sulphur process utilizing heat from the high-temperature gas-cooled reactor HTTR

坂場 成昭; 笠原 清司; 小貫 薫; 國富 一彦

International Journal of Hydrogen Energy, 32(17), p.4160 - 4169, 2007/12

日本原子力研究開発機構では、高温ガス炉HTTRに接続する水素製造システムの概念設計を2005年から開始した。水分解熱化学水素製造ISプロセスがHTTRに接続する水素製造設備の候補である。本報では、HTTR-ISシステムの概念検討結果を示す。HTTR接続の水素製造装置では2次ヘリウムを熱源に使用するが、ISプロセスが原子力クラスでなく化学プラントとして成立するためのシステムフローを提案しヒートマスバランスを含めた基本的成立性を確認した。最適化したHTTR-ISシステムフローを用いた評価の結果、熱効率44%及び水素製造量約1100m$$^{3}$$/hの達成の見込みが得られた。

報告書

HTTR-ISシステムにより製造された水素の精製に関する検討

笠原 清司; 久保 真治; 佐藤 博之; 坂場 成昭

JAEA-Technology 2007-040, 31 Pages, 2007/07

JAEA-Technology-2007-040.pdf:13.35MB

高温工学試験研究炉(HTTR)と接続した熱化学的水素製造ISプロセスを想定して、生成水素,酸素の精製法の検討,評価を行った。分離膜法,圧力変動吸着(PSA)法,深冷分離法について現状の研究,開発を検討し、HTTR-ISシステムへの適用性を評価した。水素については、実績があり、成立性,健全性,信頼性などの面において現時点で最も優れていると考えられるPSA法が最も有効であった。併せて、分離膜法,PSA法による水素精製システムの概要を示した。

報告書

HTTR-ISシステムの系統設計のための化学プラントの事故事例研究

本間 洋之; 佐藤 博之; 笠原 清司; 大橋 弘史; 原 輝夫; 加藤 竜馬; 坂場 成昭

JAEA-Technology 2007-006, 60 Pages, 2007/02

JAEA-Technology-2007-006.pdf:15.91MB

化石資源に依存したわれわれの生活は、その化石資源の枯渇や化石資源の大量消費による気候変動や酸性雨などの脅威に晒されている。このため、二酸化炭素のような温暖化ガスの発生がなく、また、環境汚染の心配がない水素が、将来の重要なエネルギー媒体として広く認知されており、近い将来には水素の需要が大きく増大するものと考えられている。大量の水素需要に応えるため、水を原料とした原子力エネルギーによる水素製造、特に高温ガス炉を用いた熱化学法ISプロセスは、ゼロエミッションエネルギー戦略や実用規模への展開において、最も期待できる水素製造法である。しかし、高温ガス炉によるISプロセス水素製造の技術基盤を確立するためには、我が国唯一の高温ガス炉であるHTTRを用いた研究開発が不可欠である。HTTRは、日本原子力研究開発機構(原子力機構)の大洗研究開発センターに建設され、運転試験が行われている。原子力機構では、高温ガス炉によるISプロセス水素製造技術を実証するため、HTTR接続ISプロセス(HTTR-ISシステム)の設計を開始した。HTTR-ISシステムの設計にあたっては、ISプロセスプラントで発生する各種事故に対する予防保全,事後保全などを考慮する必要がある。そこで、ISプロセスプラントに関係する化学プラントでの事故事例を整理し、その結果をもとにISプロセスプラントの系統設計に必要な事故防止対策案を提示した。本報告はそれらについてまとめたものである。

論文

Hydrogen production by thermochemical water-splitting IS process utilizing heat from high-temperature reactor HTTR

坂場 成昭; 笠原 清司; 大橋 弘史; 佐藤 博之; 久保 真治; 寺田 敦彦; 西原 哲夫; 小貫 薫; 國富 一彦

Proceedings of 16th World Hydrogen Energy Conference (WHEC-16) (CD-ROM), 11 Pages, 2006/06

高温ガス炉は発電のみならず水素製造にも利用できる優れた特長を有している。日本原子力研究開発機構が開発している日本初の高温ガス炉HTTRは、世界最高となる950$$^{circ}$$Cの核熱を炉外に取り出すことに成功した。近い将来、二酸化炭素を全く排出することなく水分解により水素を製造する熱化学法ISプロセスをHTTRに接続し、高温ガス炉による水素製造を実証する計画である。HTTRによる水素製造の実証は、原子炉と化学プラントである水素製造装置の接続技術を世界で初めて確立することになる。原子力機構では2005年度からHTTRにISプロセスを接続するHTTR-ISシステムの概念検討を開始した。本報は、HTTRの概要を示すとともに、原子力機構におけるISプロセスの開発計画,HTTR-ISの熱効率評価結果を含む概念検討結果を示す。HTTR-ISシステムによる核熱を用いた水素製造の実証は、来るべき水素社会の水素供給源として大きく期待されている。

論文

Hydrogen production by using heat from High-Temperature Gas-Cooled Reactor HTTR; HTTR-IS plan

坂場 成昭; 笠原 清司; 大橋 弘史; 寺田 敦彦; 久保 真治; 小貫 薫; 國富 一彦

Proceedings of 2006 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '06) (CD-ROM), p.2238 - 2245, 2006/06

日本原子力研究開発機構では、日本初の高温ガス炉HTTRの核熱を利用する水素製造システムの概念検討を2005年度に開始した。水を熱化学的に分解するISプロセスが水素製造システムの候補である。本報では、HTTRにISプロセスを接続するHTTR-ISシステムの概念設計について述べるとともに、HTTR-ISシステムの熱効率を評価した結果を示す。

論文

HTTR test programme towards coupling with the IS process

伊与久 達夫; 坂場 成昭; 中川 繁昭; 橘 幸男; 笠原 清司; 川崎 幸三

Nuclear Production of Hydrogen, p.167 - 176, 2006/00

来るべき水素社会では大量の水素が必要となるが、高温ガス炉の熱を熱化学IS法に用いれば、水分解により二酸化炭素を排出せずに大量の水素を製造することが可能である。これは原子炉による水素製造という新産業創出として期待されている。日本初の高温ガス炉HTTRは2004年4月に世界で初めて原子炉出口冷却材温度950$$^{circ}$$Cを達成し、ISプロセスに必要な原子炉側の準備は整いつつある。本報では、HTTRによる原子炉出口冷却材温度950$$^{circ}$$Cを達成するまでの試験実績を述べるとともに、ISプロセスを接続するために必要となるHTTRを用いた今後の試験計画及びHTTRにISプロセスを接続するHTTR-IS計画について報告する。

報告書

工学系モデリング言語としての次世代解析システムの開発(II); プロトタイプ作成による検討

横山 賢治; 細貝 広視*; 宇都 成昭; 笠原 直人; 石川 真

JNC-TN9400 2003-021, 205 Pages, 2003/04

JNC-TN9400-2003-021.pdf:8.86MB

高速炉開発において、解析コードを用いた数値シミュレーションは、理論、実験を補足するための重要な役割を果たしている。研究開発に対すニーズが多様化し、解析対象がより複雑化している現在では、工学的なモデルや解析手法を柔軟に変更したり、新たなモデルや手法を開発して容易に従来のシステムを拡張したりできることが、解析コードに求められる重要な要素となってきている。また、原子力に関連する技術分野は多岐にわたるため、多くの異なる分野の物理データや工学的モデル・手法を、いかにうまく結合して利用できるようにするかという点に大きな課題がある。 本研究では、このような課題を解決できる次世代解析システムの実現を目標とし、3種類の方法、(1)多言語(SoftWIRE.NET、Visual Basic.NET、Fortran)、(2)Fortran90、(3)Pythonを採用してプロトタイプの作成・検討を実施した。 この結果、Visual Basic.NETを用いることで、Fortranでかかれた既存の解析コードの機能を新しい解析コードシステム上で部品化することや、Fortran90の新しい機能を用いることにより従来のFortran77で書かれた解析コードの保守性や拡張性を向上させること、Pythonを用いてツールボックス型の解析コードシステムを構築することができることを示した。

論文

高速炉用オブジェクト統合型解析システムの研究開発,1; ニーズと基本構成概念

横山 賢治; 宇都 成昭; 笠原 直人; 名倉 文則; 石川 眞

日本原子力学会 2003年秋の大会, 2(E64), 343 Pages, 2003/00

高速炉研究開発において、今後必要とされる次世代解析システムの持つべき特徴について調査・検討し、次世代解析システムの基本構成案と、システム実現のために利用可能な既存の要素技術について示した。

報告書

工学系モデリング言語としての次世代解析システムの開発,1; 課題および要素技術の調査

横山 賢治; 細貝 広視*; 宇都 成昭; 笠原 直人; 名倉 文則; 大平 正則*; 加藤 雅之*; 石川 眞

JNC-TN9420 2002-004, 309 Pages, 2002/11

JNC-TN9420-2002-004.pdf:11.4MB

高速炉開発において、解析コードを用いたシミュレーションは、理論、実験を補足するための重要な役割を果たしている。研究開発に対するニーズが多様化し、解析対象がより複雑化している現状では、工学的なモデルや解析手法を柔軟に変更したり、新たなモデルや手法を開発して容易に従来のシステムを拡張したりできることが、解析コードに求められる重要な要素となってきている。また、原子力に関連する技術分野は多肢にわたるため、多くの異なる分野の物理データや工学的モデル・手法を、いかにうまく結合して利用できるようにするかという点に大きな課題がある。本研究では、原子炉の解析で必要となる物理量・解析手法等の工学上のモデリングの概念を、人間・計算機ともに理解できるプログラミング言語、あるいは汎用的な次世代解析システムを開発することを目標とする。この次世代解析システムの新しい概念を、工学系モデリング言語と名づけることとした。本報告書は、この工学系モデリング言語としての次世代解析システムの実現のために利用可能と考えられる最新の計算機技術、ソフトウェア開発技術等を調査した結果をまとめたものである。

論文

Automated Identification of Material Constants in Inelastic Constitutive Equations by Continuous Evolutionary Algorithm and Massively Parallel Processors

笠原 直人; 古川 知成*; 矢川 広基*; Suril Feli*; 吉村 忍*

ASME PVP Vol.365, 0 Pages, 1998/00

非弾性構成方程式に使用する材料定数を自動的に同定する一般的な手法と,そのシステム実装方法を開発した。本手法は,非線形最適化手法の一つである遺伝的アルゴリズムを発展させた進化的アルゴリズムに基づいており,超並列計算機への実装を行った。本手法は,非弾性挙動の予測値と膨大な量の実装データとを直接比較することにより,どんな種類の材料定数でも同定することができる。手法の有効性を実際の計算例を通して,示した。

報告書

超並列計算機を用いた進化的アルゴリズムによる詳細非弾性構成方程式の材料定数自動同定

川崎 信史; Felix, S.; 笠原 直人; 古川 知成*; 古村 忍*; 矢川 元基*

PNC-TY9602 97-001, 26 Pages, 1997/04

PNC-TY9602-97-001.pdf:0.52MB

これまで高温ナトリウム機器・配管等の設計においては、正確な応力-ひずみ挙動の評価を行うよりも、安全側に挙動を包絡する簡易な手法を採用してきた。この結果、条件によっては非常に大きな安全裕度を与えることになり、コスト高の要因となっていた。高速炉を実用化していく上では、構造物の各部に発生する応力-ひずみ関係を正確に算定できる非弾性解析手法が必要となる。一方、非弾性解析において材料の挙動を忠実に表現するための構成方程式として、多くの状態記述を行う詳細な式の適用が有力である。しかし、こうした式は、その材料定数の決定過程が複雑で、試行錯誤による膨大な作業が必要であった。簡易なモデルの持つ解析上の利点もあるが、この材料定数決定の難しさも詳細構成方程式の適用を阻む要因となっていた。本研究では、目的関数の値のみによって最適解を探索できる、ロバストな探索手法である進化的アルゴリズム(EA)を使用することによって、詳細非弾性方程式の一つであるChabocheモデルの有する23個の材料定数を同定する。以下に本報の主な結果をまとめる。(1)詳細な非弾性構成方程式の材料定数を決定するという多大な負荷のかかる計算を、進化的アルゴリズムを実装したワークステーション(SUN Sparc Station10)と非弾性解析を行う超並列計算機(CRAY-T3D)をネットワークで結ぶことにより高速並列実行するシステムを開発した。(2)進化的アルゴリズムを用いることにより、詳細な非弾性構成方程式の材料定数を自動的に同定できることを確証した。

報告書

ROSA-V/LSTF グラフィック/ネットワーク表示システム

近藤 昌也; 笠原 陽一郎*; 野口 芳宏*; 國枝 紀*; 大崎 秀機; 安濃田 良成; 久木田 豊

JAERI-Tech 96-004, 74 Pages, 1996/02

JAERI-Tech-96-004.pdf:3.46MB

原研ではROSA-V/LSTF装置を用いて加圧水型原子炉(PWR)の冷却水喪失事故(LOCA)をはじめとする各種事故時の現象を実機圧力・実時間で模擬した実験を行っている。装置には2400点に及ぶ計測系が設置されているが、装置内の現象は各機器間の流動が複雑に絡み合ったものとなるため、データの解読には多くの経験と時間を要する。そこで、実験中に装置内の冷却水分布、温度分布及び流動を実時間でグラフィック表示するためのシステムを作成した。本システムにより実験実施中に現象の推移を把握し、運転操作のための判断や、実験の成否の判断を的確に行うことが可能になった。また、本システムを用いて実験後に再生表示を行うことにより、実験結果の解釈や国際協力における意志疎通などに役立っている。

報告書

FCAにおける高温ドップラー効果測定,1; サンプル加熱・反応度価値測定法測定装置の開発

大井川 宏之; 岡嶋 成晃; 向山 武彦; 佐藤 邦雄; 菱田 誠; 早野 睦彦*; 工藤 文夫*; 笠原 芳幸*

JAERI-M 94-043, 46 Pages, 1994/03

JAERI-M-94-043.pdf:1.24MB

高速炉の高温でのドップラー効果の予測精度向上に資することを目的として、FCAを用いて2000$$^{circ}$$Cまでの$$^{238}$$Uドップラー効果を測定できる装置を開発した。ここでは、1500$$^{circ}$$Cまでの測定に供するサンプル加熱・反応度価値測定法測定装置に関する開発、構造、性能、測定法について述べる。本装置の開発により、従来800$$^{circ}$$C程度までであった温度領域が大幅に広がり、酸化物燃料高速炉の運転時燃料平均温度や最高温度の近辺でのドップラー効果測定ができるようになった。

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