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論文

A Validation study of a neutronics design methodology for fast reactors using reaction rate distribution measurements in the prototype fast reactor Monju

大釜 和也; 竹越 淳; 片桐 寛樹*; 羽様 平

Proceedings of 2019 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2019) (Internet), 8 Pages, 2019/05

In the fast breeder reactor prototype Monju, reaction rate distributions were measured by using activation foils during its system startup test. Reliability and usefulness of the measurements as a validation experiment were investigated through a comparison with a calculation using the latest neutronics design methodology developed in JAEA. As a basic calculation, a three-dimensional diffusion calculation with triangular meshes was performed using effective cross sections generated by a one-dimensional heterogeneous lattice model with the JENDL-4.0 nuclear data library. Best-estimate values of reaction rates were evaluated by considering correction factors such as transport correction factors, fine and ultra-fine energy group correction factors, anisotropic diffusion coefficient correction factors and subassembly heterogeneous factors. Through the comparison, it was confirmed that the both of experimental values and analysis results were agreed well in the core region.

論文

Irradiation induced reactivity in Monju zero power operation

高野 和也; 丸山 修平; 羽様 平; 宇佐美 晋

Proceedings of Reactor Physics Paving the Way Towards More Efficient Systems (PHYSOR 2018) (USB Flash Drive), p.1725 - 1735, 2018/04

2010年に実施した、もんじゅ炉心確認試験における炉心反応度の照射依存性について評価した。ゼロ出力で実施した炉心確認試験において、$$^{241}$$Puの崩壊に伴う反応度低下以外に、照射量増加に伴う正の反応度増加を確認した。照射依存の反応度増加は炉心確認試験開始から約1ヶ月($$sim$$10$$^{17}$$ fissions/cm$$^{3}$$)でほぼ飽和する。照射依存の反応度増加は、自己照射損傷に伴い蓄積した格子欠陥が炉心起動中の核分裂片照射により回復したことに起因すると仮定すると、運転前にMOX燃料に蓄積した自己照射損傷に伴う格子欠陥の約47%が回復したことに相当する。

論文

Measurement and analysis of feedback reactivity in the Monju restart core

北野 彰洋; 竹越 淳*; 羽様 平

Journal of Nuclear Science and Technology, 53(7), p.992 - 1008, 2016/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:57.25(Nuclear Science & Technology)

フィードバック反応度について、原子炉出力に対する反応度係数(K$$_{R}$$)及び原子炉容器入口温度に対する反応度係数(K$$_{IN}$$)による反応度モデルに基づき、測定評価手法を開発した。この方法では、2つの反応度効果を同時に評価することが可能であり、2010年に実施された性能試験に適用した。考えられる誤差を評価し、反応度係数を3%以内の誤差で評価した。炉心内の温度分布を考慮した解析評価も実施した。K$$_{R}$$のC/E値は、誤差範囲内での一致を確認し、K$$_{IN}$$は等温温度係数評価結果と整合する結果であった。また、集合体出口温度については、計算評評価値と実測値が0.2$$^{circ}$$C以内で一致し、温度計算の妥当性が確認された。

報告書

汎用炉心解析システムMARBLE2の開発

横山 賢治; 神 智之; 平井 康志*; 羽様 平

JAEA-Data/Code 2015-009, 120 Pages, 2015/07

JAEA-Data-Code-2015-009.pdf:1.93MB

汎用炉心解析システムMARBLEの第2版であるMARBLE2を開発した。MARBLE2では第1版(MARBLE1)で開発した基盤技術を利用して各種の機能拡張を行った。MARBLE1では導入できていなかった従来システム(JOINT-FR、SAGEP-FR)の機能を導入し、従来システムのほぼ全ての解析機能を統一されたユーザインターフェースを持つMARBLE上のサブシステムSCHEME上で実行できるようになった。特にMARBLE2では、MARBLE1では対応できていなかった感度解析にも対応できるようになった。また、将来の拡張性や柔軟性を確保するために、独自ソルバーの開発や改良を行った。更に、原子力機構で開発された解析コードやライブラリを導入し、同様にSCHEME上で利用できるように整備した。その他、外部機関で開発された解析コード等も必要に応じて導入した。これにより、$$gamma$$線計算や発熱計算等が可能となった。また、MARBLE上のもうひとつのサブシステムである高速炉実機燃焼解析システムORPHEUSの改良として、MARBLE1での利用経験をもとに各種の機能拡張や高速化を行いユーザ利便性を向上させた。

論文

Basic experiment for kinetics analysis in sub-critical sate

北野 彰洋; 岸本 安史; 三澤 毅*; 羽様 平

KURRI Progress Report 2013, 1 Pages, 2014/10

従来の臨界近接は、逆増倍法を用いており、この方法では反応度添加後の安定計数率を使うために安定までの待機時間が発生する。したがって、臨界近接には長時間(例えば「もんじゅ」であれば数時間)を要する。本検討では遅発中性子挙動に基づいた臨界指標(CI: Critical Index)に基づき、より効率のよい臨界近接法を開発し、KUCAでの臨界近接実験にて適用性を確認した。

論文

IAEA benchmark calculations on control rod withdrawal test performed during Phenix End-of-Life experiments; JAEA's calculation results

高野 和也; 毛利 哲也; 岸本 安史; 羽様 平

Proceedings of International Conference on the Physics of Reactors; The Role of Reactor Physics toward a Sustainable Future (PHYSOR 2014) (CD-ROM), 13 Pages, 2014/09

2009年に仏Phenix炉のEnd of Life試験において、定格出力時における制御棒の非対称引抜が径方向出力分布に与える影響を目的とする「制御棒引抜試験」が実施された。IAEAのTWG-FR(高速炉技術作業部会)において本試験に対するベンチマーク解析を実施するための共同研究プロジェクト(CRP)が立ち上げられ、CEA, ANL, IGCAR, IPPE, IRSN, JAEA, KIT, PSIから専門家が参加し本CRPを進めている。ここでは原子力機構(JAEA)によるベンチマーク解析結果について述べるとともに、JAEA解析手法が出力分布偏差に対して十分な精度を有していることを示す。また、中性子線及び$$gamma$$線輸送効果を考慮した発熱計算により、径方向ブランケット燃料領域における出力分布解析精度が向上することを示す。

論文

Method development and reactor physics data evaluation for improving prediction accuracy of fast reactors' minor actinides transmutation performance

竹田 敏一*; 羽様 平; 藤村 幸次*; 澤田 周作*

Proceedings of International Conference on the Physics of Reactors; The Role of Reactor Physics toward a Sustainable Future (PHYSOR 2014) (CD-ROM), 15 Pages, 2014/09

本研究は、環境負荷低減のための研究開発国家プロジェクトの一環として2013年に開始されたものである。高速炉における効率かつ安全なMA核変換技術の確立を目指しており、核変換効率と安全性を両立させる炉心概念の構築を、関連核特性の予測精度改善と合わせて実施する。具体的には、安全性や核変換効率の予測精度を改善するために、MA核変換における核種ごとの寄与を抽出評価する手法を考案し、核変換特性の予測精度を詳細分析する。また、予測精度の改善には核変換特性関連の実験データに対する解析精度を解析システムに反映することが効果的であり、そのために「もんじゅ」、「常陽」、FCA等で取得された種々の実験データを収集整理し、整合性を確認することによって信頼性の高いMA実験データベースを構築する。

論文

Development of comprehensive and versatile framework for reactor analysis, MARBLE

横山 賢治; 羽様 平; 沼田 一幸*; 神 智之*

Annals of Nuclear Energy, 66, p.51 - 60, 2014/04

 被引用回数:11 パーセンタイル:16.16(Nuclear Science & Technology)

包括的な多目的炉心解析コードシステムMARBLEを開発した。MARBLEは、炉心解析のためのコードシステムというよりはむしろソフトウェア開発フレームワークとして設計されており、このフレームワークは物理的な概念に基づいた再利用可能で拡張可能な機能やデータモデルを提供する。コードシステムという観点からは、MARBLEは高速臨界実験体系や高速炉実機のための詳細炉心解析手法や、炉定数調整のような核データに関連した不確かさの定量化のための機能一式を提供する。MARBLEは、高速炉の炉心設計予測精度評価や向上のために必要となるすべての段階、すなわち、積分実験データベースの管理、核データ処理、高速臨界実験解析、不確かさの定量化、実機の炉心解析、を網羅している。本論文ではこれらの機能を概説してシステムとしての妥当性確認の結果を述べる。

論文

Development of versatile nuclear heating calculation system in MARBLE

羽様 平; 横山 賢治

Journal of Nuclear Science and Technology, 50(5), p.525 - 533, 2013/05

 被引用回数:2 パーセンタイル:72.96(Nuclear Science & Technology)

汎用炉心解析システムMARBLE上に発熱評価システムを開発した。開発したシステムは従来使用されてきた入射エネルギーに依存しないQ値に基づく簡易手法から核データ処理コードNJOYに基づく詳細手法に至る多様な選択肢を有している。入射エネルギーに依存しないQ値を用いた場合でも詳細手法相当の結果を評価する機能も有しており、簡易手法の誤差評価や中性子や$$gamma$$線の輸送効果の評価に利用できる。「もんじゅ」の設計計算モデルで最も詳細な手法に対する誤差を評価した結果、詳細相当手法の誤差は0.1%未満であること、簡易評価手法の誤差は1%未満であることを確認した。

論文

Evaluation of feedback reactivity in Monju start-up test

北野 彰洋; 宮川 高行*; 大川内 靖; 羽様 平

Proceedings of International Conference on Fast Reactors and Related Fuel Cycles; Safe Technologies and Sustainable Scenarios (FR-13) (USB Flash Drive), 9 Pages, 2013/03

2010年の「もんじゅ」性能試験(炉心確認試験)でフィードバック反応度測定試験を実施した。フィードバック反応度の2要素(出力及び原子炉入口冷却材温度に関する反応度)を出力と冷却材温度の測定データを反応度バランス式にフィティングして評価した。フィードバック反応度及びその2要素について、炉心内の温度分布を考慮した計算値を求め、測定値と比較した。フィードバック反応度の測定値と計算値は良好に一致することを確認した。

論文

Criticality evaluation for the Monju restart core

羽様 平; 北野 彰洋; 岸本 安史*

Nuclear Technology, 179(2), p.250 - 265, 2012/08

 被引用回数:6 パーセンタイル:42.4(Nuclear Science & Technology)

高速原型炉もんじゅは14年ぶりに2010年5月にシステム起動試験を再開した。再起動試験の第一段階ではゼロ出力炉心において炉物理パラメータが測定された。本論文は臨界性のデータ評価について述べる。最確評価値とその誤差を最も詳細なレベルで実施した。評価は国際的に認知されている手法に従い実施した。再起動炉心は$$^{241}$$Puの崩壊により前回性能試験の3倍である1.5wt%の$$^{241}$$Amを含んでいる。その解析精度に及ぼす影響を抽出するため、前回試験のデータについても同レベルの詳細度で再評価した。解析精度は4種類の核データライブラリについて評価した。その結果、JENDL-3.3, JENDL-4.0、及びENDF/B-VII.0を使用した場合は実験誤差の2$$sigma$$に相当する0.3%以内の精度で解析できることがわかった。$$^{241}$$Puの崩壊に伴う反応度変化に対してはJENDL-4.0とJEFF-3.1を使用した場合に1%以内の精度で解析できることがわかった。

論文

Isothermal temperature coefficient evaluation for the Monju restart core

毛利 哲也; 丸山 修平; 羽様 平; 鈴木 隆之

Nuclear Technology, 179(2), p.286 - 307, 2012/08

 被引用回数:5 パーセンタイル:48.35(Nuclear Science & Technology)

臨界性、制御棒価値に引き続き、もんじゅ再起動炉心で実施された等温温度係数測定試験のデータ評価について述べる。最確値とその誤差を最も詳細なレベルで評価した。炉心間のデータ比較のために前回性能試験のデータも同レベルの詳細度で評価した。詳細評価の結果、再起動炉心の温度係数は前回試験に比べて約8%絶対値が低下することを確認した。感度解析により、その変化がおもに$$^{241}$$Puと$$^{241}$$Amの組成変化によるものであることを示した。解析精度を2種類の核データについて比較し、JENDL-4.0を使用した場合に前回試験の結果を実験誤差2%内で解析できることを確認した。一方、再起動炉心の結果に対しては、整合した結果が得られていないことが判明した。詳細に分析した結果、これまで想定していなかった外乱が影響している可能性を見いだした。

論文

Control rod worth evaluation for the Monju restart core

高野 和也; 福島 昌宏; 羽様 平; 鈴木 隆之

Nuclear Technology, 179(2), p.266 - 285, 2012/08

 被引用回数:5 パーセンタイル:48.35(Nuclear Science & Technology)

高速増殖原型炉もんじゅ再起動炉心において2010年5月に実施した制御棒価値測定について、最確値評価とその誤差を最も詳細なレベルで実施した。また、1994年9月に実施した制御棒価値測定に対しても、同レベルの詳細度にて再評価した。同炉心における制御棒間及び前回炉心と再起動炉心間における誤差の相関についても定量的に評価した。評価した最確値及び誤差に基づき、JENDL-3.3及びJENDL-4.0を用いて解析精度を確認した結果、径方向位置及び$$^{10}$$B装荷量によらず、いずれの制御棒に対しても2%以内の精度で解析できることがわかった。解析精度のさらなる改善のためには、遅発中性子割合の誤差を低減することが有効である。

報告書

核設計基本データベースの整備,14; JENDL-4.0に基づく高速炉核特性解析の総合評価

杉野 和輝; 石川 眞; 沼田 一幸*; 岩井 武彦*; 神 智之*; 長家 康展; 羽様 平; 千葉 豪*; 横山 賢治; 久語 輝彦

JAEA-Research 2012-013, 411 Pages, 2012/07

JAEA-Research-2012-013.pdf:18.72MB
JAEA-Research-2012-013-appendix(CD-ROM).zip:75.82MB

最新知見に基づいた高速炉の核設計精度の評価を行うため、国内で最新の評価済核データファイルJENDL-4.0を用いて、高速炉の種々の核特性にかかわる実験及び試験の解析を行った。具体的には、臨界実験装置としてZPPR, FCA, ZEBRA, BFS, MASURCA, LANLの超小型炉心、実機プラントとしてSEFOR,「常陽」,「もんじゅ」で行われた炉物理実験/試験及び照射試験にかかわる合計643特性を対象とした。解析においては、基本的に標準的な高速炉の核特性解析手法を採用し、最確評価となるように詳細な計算を行った。また、得られた解析結果について、実験誤差、解析モデルにかかわる誤差、核データに起因する誤差の観点から検討を行い、炉心間あるいは核特性間の整合性を総合的に評価した。さらに、これらの評価結果を活用して、高速増殖炉サイクル実用化研究開発(FaCTプロジェクト)で設計が進められている高速炉炉心の核特性予測精度の評価を行った。

報告書

JENDL-4.0に基づく高速炉用炉定数UFLIB.J40及びJFS-3-J4.0の作成

杉野 和輝; 神 智之*; 羽様 平; 沼田 一幸*

JAEA-Data/Code 2011-017, 44 Pages, 2012/01

JAEA-Data-Code-2011-017.pdf:2.23MB

国内最新の評価済み核データライブラリJENDL-4.0に基づく高速炉用炉定数セットUFLIB.J40及びJFS-3-J4.0を作成した。UFLIB.J40については詳細群炉定数として70群,73群,175群,900群構造のものを作成するとともに超微細群炉定数も用意した。また、JENDL-4.0における核分裂収率データ付与核種の拡張に合わせて、ランプ化FP断面積の核種数を拡張した。

報告書

「もんじゅ」におけるドップラー係数の不確かさの評価

千葉 豪*; 羽様 平; 金城 秀人*; 西 裕士; 鈴木 隆之

JAEA-Research 2011-034, 42 Pages, 2011/12

JAEA-Research-2011-034.pdf:1.88MB

「もんじゅ」炉心体系を対象として、ドップラー係数の不確かさを最新の知見を取り込んで定量的に評価した。(1)核データ,計算手法に起因する不確かさ、(2)核分裂生成物の核データに起因する不確かさ、(3)制御棒位置に起因する不確かさ、(4)温度依存性を近似的に取り扱う不確かさ、(5)燃料平均温度に起因する不確かさ、(6)温度の空間分布の取り扱いに由来する不確かさ、などを評価し、ドップラー係数の不確かさ(2$$sigma$$相当)として11.7%を得た。

論文

Development of a unified cross-section set ADJ2010 based on adjustment technique for fast reactor core design

杉野 和輝; 石川 眞; 横山 賢治; 長家 康展; 千葉 豪; 羽様 平; 久語 輝彦; 沼田 一幸*; 岩井 武彦*; 神 智之*

Journal of the Korean Physical Society, 59(2), p.1357 - 1360, 2011/08

 被引用回数:5 パーセンタイル:54.24(Physics, Multidisciplinary)

高速炉核設計における核特性予測精度向上のために、国内では統合炉定数が開発されてきた。統合炉定数は広範囲に渡る積分実験情報を微分核データと結びつけるものであり、ベイズの定理に基づく断面積調整手法に基づいて作成される。現在、新しい炉定数ADJ2010が開発中である。本論文では、ADJ2010作成に向けてJENDL-4.0に基づく炉定数調整の結果を報告する。また、実用高速炉の核特性予測精度の評価にも言及する。ADJ2010は間もなく公開されるが、次世代高速炉の核設計に有効活用されることが期待される。

論文

Adjustment of $$^{241}$$Am cross section with Monju reactor physics data

羽様 平; 高野 和也; 北野 彰洋

Proceedings of 2011 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '11) (CD-ROM), p.1527 - 1535, 2011/05

2010年5月にもんじゅは14年ぶりに性能試験を再開した。中断期間の$$^{241}$$Puの崩壊により炉心平均で1.5wt%の$$^{241}$$Amが蓄積している。再開した性能試験で得られた炉物理試験データを炉定数の調整に使用し、その効果を評価した。核データにはJENDL-3.3とJENDL-4.0の2種類を使用した。検討の結果、中断前後の2個の臨界性データを炉定数調整に適用すれば、$$^{241}$$Amの捕獲断面積を効果的に調整でき、JENDL-3.0ベースの調整結果は、JENDL-4.0ベースの調整前及び調整後の断面積と同様の結果となることを確認した。

報告書

次世代炉心解析システムMARBLEの開発

横山 賢治; 巽 雅洋*; 平井 康志*; 兵頭 秀昭*; 沼田 一幸*; 岩井 武彦*; 神 智之*; 羽様 平; 長家 康展; 千葉 豪; et al.

JAEA-Data/Code 2010-030, 148 Pages, 2011/03

JAEA-Data-Code-2010-030.pdf:3.23MB

高速炉核特性解析のための次世代炉心解析システムMARBLEを開発した。MARBLEは、これまでにJUPITER標準解析手法と呼ばれる高速炉詳細解析手法として開発されてきたJOINT-FR, SAGEP-FRと呼ばれる解析システム(従来システム)の後継である。MARBLEは従来システムと同等の解析機能を有する。これに加えて、燃焼を伴う高速炉実機の核特性解析に関する機能を向上させている。MARBLEの開発では、オブジェクト指向技術を採用した。この結果として、MARBLEは一定の入力を受けて出力を返すような独立した解析コードではなく、解析システムを構築するための部品の集まり(フレームワーク)となった。一方で、MARBLEは構築済みの解析システムを含んでおり、従来システムに相当する高速炉核特性解析システムSCHEME,高速炉実機燃焼解析システムORPHEUSを利用することができる。

論文

Monju reactor physics experiments in the restart core

北野 彰洋; 大川内 靖; 岸本 安史*; 羽様 平

Transactions of the American Nuclear Society, 103(1), p.785 - 786, 2010/11

2010年5月に運転を再開した高速原型炉「もんじゅ」で実施された臨界性,制御棒価値,等温温度係数の測定実験について概要を述べる。再起動炉心の最大の特徴は、再開前の炉心に比べて$$^{241}$$Puの組成が半減し、$$^{241}$$Amの組成が倍増している点である。$$^{241}$$Puの崩壊に伴うものである。燃料交換に伴い、$$^{238}$$Uと$$^{239}$$Puの組成が若干変化したが、$$^{241}$$Puと$$^{241}$$Amの組成にはほとんど変化はない。その結果、再起動炉心で取得される炉物理データは、$$^{241}$$Puと$$^{241}$$Amの核データ検証のために有用と期待される。再開前の炉心と再起動炉心の臨界性の解析精度について差分をとると、炉心の変化に対する解析精度が把握できる。主要な核データ間での精度比較により、JENDL-3.3に比べて、JENDL-4やENDF/B-VIIの解析精度が優れていることを確認した。JENDL-4やENDF/B-VII間では差異は小さいが、JENDL-4の方が優れており、唯一実験誤差の範囲で一致している。再起動炉心で取得されたデータは$$^{241}$$Puと$$^{241}$$Amの核データを検証するうえで貴重であることが確認できた。

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