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論文

Levelized cost of electricity evaluation of SFR system considering safety measures

向井田 恭子; 加藤 篤志; 紙谷 正仁; 石井 克典

Proceedings of 2019 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2019) (Internet), 10 Pages, 2019/05

均等化発電原価はエネルギーシステムの経済的競合性を測る上で重要な指標である。本報は、G4-ECONS及び発電コスト検証ワーキンググループが開発した解析ツール(CEWG-tool)を用い、福島第一原子力発電所事故後に特定された追加的な安全対策、及び社会的コストを考慮したナトリウム冷却高速炉(SFR)システムの均等化発電原価を推定した。安全性を強化したSFR(150万級ツインループ)にかかるG4-ECONSによる計算の結果、追加的な安全対策は約160%均等化発電原価を上昇させることが示された。また、CEWG-toolを用いた社会的コスト及び割引率(3%)を考慮した安全性強化SFR(120万級シングルループ)の計算の結果、均等化発電原価は84mills/kWhと評価された。この結果は同規模の軽水炉システムの均等化発電原価とほぼ同等であり、将来のSFRシステムの経済的競合性が示された。

論文

高速炉サイクルの経済性評価; 炉の建設コストと燃料サイクルコスト

向井田 恭子; 加藤 篤志; 紙谷 正仁; 石井 克典

日本原子力学会誌, 61(1), p.40 - 47, 2019/01

原子力機構は高速炉サイクルの開発当初から、軽水炉サイクルに対し経済的競合性を持つシステムとすることを開発目標の一つとして掲げその研究開発を進めてきた。本稿では、高速増殖炉サイクル実用化研究開発(FaCT)フェーズIにおけるナトリウム冷却高速炉及び燃料サイクル施設の設計をベースに、追加的な安全対策費や社会的費用を考慮し、高速炉サイクルの発電コストを試算した結果を紹介する。

論文

先進湿式法再処理の晶析工程におけるCs挙動把握のための模擬溶解液を用いた基礎試験

柴田 淳広; 矢野 公彦; 紙谷 正仁; 中村 和仁; 鷲谷 忠博; 近沢 孝弘*; 菊池 俊明*

日本原子力学会和文論文誌, 8(3), p.245 - 253, 2009/09

U晶析工程におけるCsの挙動を調べるため、模擬溶解液を用いたU晶析バッチ試験及びU(IV)溶液を用いたCs複塩生成基礎試験を実施した。使用済燃料の溶解液中のCs濃度では、先進湿式法再処理のU晶析工程の条件においてCsNO$$_{3}$$やCs$$_{2}$$UO$$_{2}$$(NO$$_{3}$$)$$_{4}$$は生成せず、他のFP元素との相互作用によるCs塩も生成する可能性は小さいことを確認した。また、U(IV)溶液を用いたCs複塩生成基礎試験の結果から、酸濃度が5mol/dm$$^{3}$$以上の場合にはCsとPu(IV)の複塩が生成する可能性が示唆された。

論文

Dissolution of powdered spent fuel and U crystallization from actual dissolver solution for "NEXT" process development

野村 和則; 比内 浩; 中原 将海; 鍛治 直也; 紙谷 正仁; 大山 孝一; 佐野 雄一; 鷲谷 忠博; 小巻 順

Proceedings of 3rd International ATALANTE Conference (ATALANTE 2008) (CD-ROM), 5 Pages, 2008/05

U crystallization process from the dissolver solution of the spent nuclear fuel has been developed as one of the key essential technologies for the "NEXT" process development. Since several tens % of U is supposed to be recovered at the crystallization process, it is expected to reduce the total mass of nuclear material to be treated in the solvent extraction process. For the U crystallization, it is desirable to prepare the dissolver solution of relatively high U concentration. Although the conventional dissolution method needs significantly long dissolution time in order to obtain the dissolver solution of high U concentration with high dissolution ratio, it is expected the effective dissolution is achieved by powderizing the spent fuel. The beaker-scale experiments on the effective powdered fuel dissolution and the U crystallization from dissolver solution with the irradiated MOX fuel from the experimental fast reactor "JOYO" were carried out at the Chemical Processing Facility (CPF) in Tokai Research and Development Center. The powdered fuel was effectively dissolved into the nitric acid solution and the results were compared with the calculation results of the simulation model. In the U crystallization trials, U crystal was obtained from the actual dissolver solution without any addition of reagent.

論文

Separation of actinide elements by solvent extraction using centrifugal contactors in the NEXT process

中原 将海; 佐野 雄一; 駒 義和; 紙谷 正仁; 柴田 淳広; 小泉 務; 小山 智造

Journal of Nuclear Science and Technology, 44(3), p.373 - 381, 2007/03

 被引用回数:22 パーセンタイル:13.94(Nuclear Science & Technology)

NEXTプロセスと名付けられた先進湿式再処理プロセスに関連して、環境負荷低減の観点から簡素化溶媒抽出法によりU, Pu及びNpの共回収、SETFICS法によりAm及びCmの回収が試みられている。単サイクルフローシートを用いたU, Pu及びNpの共回収は、フィード溶液又は洗浄液の高硝酸濃度条件下にて実施した。このうち、フィード溶液を高硝酸濃度に調整した条件においては、フィード溶液中だけでなく、抽出段においてもNp(VI)への酸化を促進することができた。これにより、NpはTBPにより抽出され、U, Pu及びNpを共回収することができた。SETFICS法においては、金属装荷度を増加させるため、TRUEX溶媒を0.2M CMPO/1.0M TBPから0.2M CMPO/1.4M TBPへ変更した。また、「ソルトフリー」の観点から、硝酸ナトリウムに代えて硝酸ヒドロキシルアミンを適用した。この結果、Am及びCmをプロダクト溶液へと回収することができた。高装荷フローシートにおいては、以前のフローシートを比べ、水相廃液及び廃溶媒の流量は、それぞれ47%及び54%ほど減少が見込まれた。本研究では、NEXTプロセスにおける簡素化溶媒抽出法及びSETFICS法のフローシートの有用性を実証することができた。

論文

Actinides recovery by solvent extraction in NEXT process

中原 将海; 佐野 雄一; 駒 義和; 紙谷 正仁; 柴田 淳広; 小泉 務; 小山 智造

Proceedings of International Conference on Nuclear Energy System for Future Generation and Global Sustainability (GLOBAL 2005) (CD-ROM), 5 Pages, 2005/10

NEXTプロセスに関連し、本プロセスの主抽出工程である簡素化PUREX工程及びSETFIC工程におけるアクチニド元素の抽出挙動について、ホット試験の結果をもとに評価を行った。

論文

Present Status of Advanced Aqueous Separation Process Technology Development

小山 智造; 佐野 雄一; 紙谷 正仁; 柴田 淳広

International Symposium NUCEF2005, P. 50, 2005/02

先進再処理技術開発の現状を紹介する。高速実験炉「常陽」照射済燃料等を用いた小規模ホット試験を実施してきている。有望な候補概念であるNEXTプロセスの技術的な実用性の見通しが得られた。また、直接抽出法に関しても照射済燃料を用いた試験を実施し、PUREX法の代替技術としての基本的な実用性を確認した。

論文

Direct Extraction of Uranium and Plutonium from Oxide Fuel using TBP-HNO$$_{3}$$Complex for Super-DIREX Process

紙谷 正仁; 三浦 幸子; 野村 和則; 小山 智造; 小雲 信哉*; 森 行秀*; 榎田 洋一*

2nd International Conference ATALANTE 2004, 4 Pages, 2004/00

Super-DIREX再処理法における直接抽出プロセスの成立性を確認するため,照射済MOX燃料を機械的処理に粉体化し,常圧40-80$$^{circ}C$$のTBP錯体でウラン及びプルトニウムを抽出する試験を行った。ウラン及びプルトニウムの抽出及び核分裂生成物との除染について実験データを取得した。

論文

Conceptual Design Study on Advanced Aqueous Reprocessing System for Fast Reactor Fuel Cycle

高田 岳; 駒 義和; 佐藤 浩司; 紙谷 正仁; 柴田 淳広; 野村 和則; 荻野 英樹; 小山 智造; 青瀬 晋一

Journal of Nuclear Science and Technology, 41(3), 307 Pages, 2004/00

 被引用回数:24 パーセンタイル:13.62(Nuclear Science & Technology)

米国機会学会、日本機械学会共催の国際会議「The 11th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE11)」へ投稿・口頭発表した標記論文を日本原子力学会の英文論文誌「Journal of Nuclear Science and Technology (JNST)」に転載する。(JNST編集部より転載の推薦を受けたことに伴う措置)

報告書

再処理システム技術検討書, - 湿式再処理システムの候補技術に関する検討 -

駒 義和; 高田 岳; 紙谷 正仁; 佐藤 浩司

JNC-TN9410 2003-010, 112 Pages, 2003/12

JNC-TN9410-2003-010.pdf:4.73MB

本報告書は、平成14年度に再処理システムグループで実施した湿式再処理システム設計の成果をまとめたものである。主要な項目は次の通りである。(1)}先進湿式法 (2)}代替技術である超臨界直接抽出法 (3)}Am 及び Cm 回収プロセス (4)}FP 回収プロセス

論文

Extraction of Uranium and Plutonium from Irradiated Fuel in Super-DIREX Reprocessing Method

三浦 幸子; 紙谷 正仁; 野村 和則; 宮地 茂彦; 小山 智造; 小雲 信哉*; 島田 隆*

Super Green 2003:The 2nd Int. Symp. on Supercritical Fluid Technology for Energy and Environment App, 30 Pages, 2003/00

Super-DIREX再処理法における直接抽出プロセスの成立性を確認するため、照射済MOX燃料を機械的処理に粉体化し、常圧40-80$$^{circ}C$$のTBP硝酸錯体でウラン及びプルトニウムを抽出する試験を行った。直接抽出プロセスにおけるウラン及びプルトニウム回収の可能性が示唆される。

論文

Conceptual Design Study on Advaanced Aqueous Reprocessing Sysrwm for FR Fuel Cycle

高田 岳; 駒 義和; 佐藤 浩司; 紙谷 正仁; 柴田 淳広; 野村 和則

Proceedings of 11th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-11) (CD-ROM), P. P380, 2003/00

「実用化戦略調査研究」に基づき検討している湿式再処理プラントの設計研究の現状について,米国機械学会、日本機械学会共催の国際会議「ICONE11(The 11th International Conference On Nuclear Engineering)」において口頭発表する。

報告書

再処理システム技術検討書-FBRサイクルの実用化戦略調査研究(フェーズII)平成13年度成果報告-

佐藤 浩司; 西村 友宏; 井上 明; 紙谷 正仁; 米澤 重晃; 高田 岳; 岡村 信生

JNC-TY9400 2002-019, 226 Pages, 2002/09

JNC-TY9400-2002-019.pdf:16.3MB

FBRサイクル実用化戦略調査研究フェーズII(2001年4月$$sim$$2006年3月)では、 フェーズIで有望と評価された3種類の最処理法(先進湿式法、酸化物電解法、 金属電解法)を主として設計研究を進め、さらなる絞込みを行うこととしている。以下に、フェーズIIの初年度に実施した研究の主な内容と成果を示す。(1)先進湿式リファレンスシステムについて、設計の詳細化に向けて1)フェーズI施設設計をもとに動線と干渉の確認を行い、不具合点を摘出した。2)炉心燃料とブランケット燃料の混合処理モードを具体化した。3)再処理工程機器から発生する腐食性生物の燃料製品とガラス固化体発生本数に及ぼす影響評価を行い、特に問題のないことを確認した。 (2)先進湿式リファレンスシステムの代価システムについては、1)アミン抽出法については、UとTRUの一括回収(共抽出)は困難であることが分かった。 なお、MA回収法としてはSETFICS法に比べて物量を小さくできる見通しを得た。2)超臨界直接抽出法については、設計基準事象の候補の選定と安全対策の立案を行い、検討の範囲内では安全上大きな問題はないことの見通しを得た。 (3)乾式法については、酸化物電解法と金属電解法を対象に1)より合理的なシステムを構築するために、プロセス合理化方策を考案した。2)固体取扱を基本とするシステムであることを踏まえ、円滑な移送システム構築のためのマテリアルハンドリングシステムを検討した。3)電解槽などの主要機器の具体化/詳細化見当を行った。(4)その他の再処理法として、フッ化物揮発法、LINEX法、ハイブリット再処理法等について調査・検討を行った。(5)乾式再処理システム設計の支援技術として開発している、 1)物質収支評価コード、2)創業シミュレーションシステム 3)物流評価システム 4)臨界安全解析コード、5)経済性評価ツールの開発状況を述べた。

報告書

再処理システム技術検討書 - 実用化戦略調査研究(フェーズI)成果報告 -

田中 博; 西村 友宏; 紙谷 正仁

JNC-TY9400 2001-014, 489 Pages, 2001/04

JNC-TY9400-2001-014.pdf:17.82MB

1999年7月より開始されたFBRサイクル実用化戦略調査研究フェーズ1の一環として、 2年間にわたり種々の再処理システムについて設計研究を実施した。本研究では、従来の湿式再処理法(PUREX法)の合理化を図った先進湿式法と、3種類の乾式再処理法(酸化物電解法、金属電解法、フッ化物揮発法)を対象として、新たにシステム概念を構築し、共通の前提条件の下で、経済性を中心とした評価を行うとともに、プロセスおよびシステムの観点から今後の開発課題を摘出した。本報告書は、その成果を最終報告としてとりまとめたものである。以下に主な成果を示す。(1)従来のPUREX法を合理化した先進湿式リファレンスシステム(酸化物燃料処理対象)は、大幅な経済性向上が図られ、200tHM/y規模のプラントでは経済性目標を達成できる。ただし、 TRU回収システムとして採用したSETFICS法の改良が必要である。一方、50tHM/y規模では、経済性目標達成は困難と考える。 (2)先進湿式リファレンスシステムの代替システムとしてはアミン抽出法と超臨界直接抽出法が、また、 TRU回収システムの代替システムとしてはイオン交換法が、経済性向上の可能性を有する。 (3)酸化物燃料処理対象の乾式法は、200tHM/y規模のプラントでは経済性目標を達成できる。50HM/y規模のプラントにおいても、先進湿式リファレンスシステムに比べ高い経済性を有しているが、酸化物電解法、金属電解法の 2法では経済性目標を達成するには、処理速度の向上等、さらなる合理化が必要である。(4)新型燃料(金属燃料、窒化物燃料)の処理法としては、金属電解法が優れていると考えられる。

報告書

種々のAm,Cm回収システムに関する検討 - 平成12年度報告 -

渡部 雅之; 紙谷 正仁; 田中 博

JNC-TN9400 2001-034, 157 Pages, 2001/01

JNC-TN9400-2001-034.pdf:5.07MB

核燃料サイクル開発機構で進めている実用化戦略調査研究の一環として、高レベル放射性廃液からのAm,Cm回収システムに関し、溶媒袖出法を基本とする種々の方法について、プロセスフローダイヤグラムの作成や物質収支計算等を行い、それぞれの設備規模や経済性の比較評価を実施した。その結果、各システムの設備規模、経済性及び廃棄物発生量は、昨年度検討したSETFICS法を基本とするシステムに対し、それぞれ約1.1倍$$sim$$約1.4倍、約0.9倍$$sim$$約1.4倍及び約1.2倍$$sim$$約1.5倍の範囲内にあることが分かった。これらの結果から各システムとも、今回の設計検討レベルでは、設備規模が同程度のシステムと判断でき、いずれもAm,Cm回収システムとして適用可能と考えられる。しかし、回収すべきAmとCmの量を考えるとUとPuを回収する主工程である簡素化溶媒抽出工程に対して、大きな設備追加となってしまう。したがって、Am,Cm回収システムとしていずれの方法を適用するとしても、そのシステムをよりコンパクトに、かつ、より経済的に確立するための開発が必要であり、今後も、今回検討に各システムの開発状況や新規システムの情報等を加え、比較評価を継続し、最終的に実用化システムを選定すべきであろう。

論文

DESIGN STUDY ON ADVANCED REPROCESSING SYSTEMS FOR FR FUEL CYCLE

田中 博; 河村 文雄; 西村 友宏; 紙谷 正仁

GLOBAL2001, 0 Pages, 2001/00

実用化戦略調査研究の一環として実施した先進湿式法及び乾式法による再処理システムの設計研究のフェ-ズ1成果をまとめたものである。酸化物燃料処理の場合は、先進湿式法については200t/yプラントで経済性目標をクリアできるが、廃棄物量低減の観点からMA回収工程の改良が必要であること、乾式法については、機器数削減等の合理化を行えば、50t/yプラントでも経済性目標をクリアできる見通しがあるが、計量管理法等が課題であることを示した。また、金属燃料と窒化物燃料処理に関しては、金属電解法が有利であることを示した。

報告書

再処理システムの技術検討書

田中 博; 河村 文雄; 西村 友宏; 紙谷 正仁

JNC-TY9400 2000-025, 280 Pages, 2000/07

JNC-TY9400-2000-025.pdf:10.32MB

FBRサイクル実用化戦略調査研究においては、安全性の確保を前提とし、経済性、資源有効利用性、環境負荷低減性及び核不拡散性を有し、原子炉システムと調和を図ったFBRリサイクルシステムの開発を目標としている。これを踏まえ、再処理システムの検討では、これまで開発を進めてきた湿式再処理法(PUREX)の合理化を図るとともに、新たに乾式再処理法を対象に、技術的成立性、経済性などを評価した。湿式再処理法では合理化した先進湿式再処理システムを、乾式再処理では溶融塩電解法、フッ化物揮発法を基本としたシステムを開発し、その概略設計検討を行った。安全性等の開発目標に対して、その適合性を評価した結果、各システムとも技術的成立性の見通しが得られた。経済性評価では、軽水炉リサイクルシステムと競争可能な燃料サイクル費を達成するポテンシャルを有するとの評価が得られた。また、実用化に向けた課題を抽出した。今後、各システムについてこれまでの評価検討を継続し、詳細検討を実施する。

報告書

Am,Cm回収システムの検討 - 平成11年度報告 -

渡部 雅之; 紙谷 正仁; 駒 義和; 田中 博

JNC-TN9400 2000-084, 115 Pages, 2000/07

JNC-TN9400-2000-084.pdf:3.24MB

核燃料サイクル開発機構で進めている実用化戦略調査研究の一環として、高レベル放射性廃液からのAm、Cm回収システムに関し、SETFICS法を基本とする方法について、プロセスフローダイアグラムの作成等を行い、その設備規模や経済性等の概略的な評価を実施した。その結果、本システムの設備規模、経済性及び廃棄物発生量は、簡素化溶媒抽出法を基本とした再処理施設と燃料製造施設の一体化プラントに対し、それぞれ約17%、約15%及び約10%相当になることが分かった。また、その他4種のAm、Cm回収システムを調査し、概略のフローシート作成を行い、比較評価した結果、各プロセスとも設備規模等が同等であると判断された。以上より、今回検討の各システムがAm、Cm回収システムとして適用可能と考えられる。しかし、これらの結果は、各システムでの回収元素(Am、Cm)量が少ないことを考えると、大きな設備追加となることを示している。したがって、Am、Cm回収システムとしていずれの方法を適用するとしても、そのシステムをよりコンパクトに、かつ、経済的に確立するための開発が必要であろうと考えられる。

報告書

先進湿式プラント設計研究(3)

紙谷 正仁; 小島 久雄*; 篠田 佳彦*

PNC-TN8410 98-050, 0 Pages, 1998/03

PNC-TN8410-98-050.pdf:7.3MB

先進湿式MOXプラントは、動燃事業団が、高速炉燃料サイクルコストの大幅な低減を目指して検討を進めているプラントである。本プラントは、晶析法と改良型PUREX法を中心とした高速炉MOX燃料の再処理工程と、ゲル化転換・振動充填法による燃料加工工程を合わせ持つ一体型のプラントを想定している。本設計研究は、1996年の「先進的湿式プラントの設計研究」の成果をもとに、更に詳細な検討を行うことを目的としてメーカーの協力を得て実施した「先進的湿式プラントの設計研究(II)」を事業団にて再整理、再検討を加えてまとめたものである。再検討の結果の要点を以下にまとめる。(1)前処理工程について・剪断機のみ2系列化が最も妥当との評価結果を得た。・炉心燃料のみと炉心燃料とブランケットの混合処理の2モードを考慮すべきとの考察結果を得た。(2)主分離工程について・除染係数について諸工場のフローシートとともに整理した。・精製系の有無を考慮し、各ケースを比較整理した。(3)燃料製造工程について・燃料粒子を3成分系とした製造工程設備を検討した。・3成分系は2成分系と比較すると粒子製造個数から滴下ノズル数を低減できるが、粒径の篩分機や振動充填装置への粒子供給装置の構造が肥大化するなどの正負の要因が絡み決定できなかった。・異なる粒径のものを一括して製造し、かつ加熱工程を1台のロータリキルン式の密閉式過熱炉を採用したことにより、設備規模を小さくすることができた。・ブランケット燃料を粉末による充填燃料方式と簡素化ペレット方式の2とおりについて検討し、簡素化ペレットで工程規模を抑えることができる可能性を示した。(4)廃液・廃棄物処理工程について・ゲル化転換に付随するアンモニア廃液の処理工程の他、各種廃液処理法について比較評価した。(5)再処理・燃料製造施設一体化の得失評価について・全体としては一体化により経済性の向上が期待できる。・試薬供給設備、ユーティリティについては一体化の効果は小さい。

報告書

先進湿式MOXプラントのコスト評価

紙谷 正仁; 小島 久雄

PNC-TN8410 97-220, 33 Pages, 1997/12

PNC-TN8410-97-220.pdf:1.63MB

動燃では、PUREX法をベースとした低除染再処理と簡易な燃料製造法からなる「先進湿式MOX」の概念を提案している。これは再処理/燃料製造/炉の設計境界条件を大幅に合理化あるいは変更し、湿式MOXサイクルを金属燃料サイクル並の簡素なサイクルに変更しようという構想である。この概念では、核燃料物質を低除染でリサイクルすることで抜本的な再処理の簡素化を行う。これに伴って燃料製造工程も遠隔保守セル構造となることから、再処理・燃料製造を一体化した施設内に配置し、廃液処理設備やユーティリティ等を共有することで設備合理化を図る。本報告は、こうした基本コンセプトのもとに施設概念を構築し、建設費の評価を行った結果をまとめたものである。建設費の評価は、現行技術で建設した場合の「現行プラント」、現在継続されているR&Dを反映し、現行の高除染サイクル技術を高度化した場合の「基準プラント」、先進湿式MOXの概念を採用した場合の「先進プラント」の各ケースについて行った。その結果、現行プラント(処理能力;50/y)の建設費を1した場合、基準プラント(50/y)、先進プラント(100t/y及び50/y)の建設費は、それぞれ0.60,0.66,0.50と評価された。

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