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論文

The Criteria of flushing phenomena under microwave heating

八巻 辰徳*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 瀬川 智臣; 川口 浩一; 山田 美一; 藤井 寛一*

Journal of Nuclear Science and Technology, 52(2), p.241 - 250, 2015/02

 被引用回数:3 パーセンタイル:62.98(Nuclear Science & Technology)

日本ではマイクロ波加熱脱硝(MH)法により、使用済み燃料から回収したU-Pu混合硝酸溶液からU-Pu混合酸化物(MOX)粉末が得られる。このMH法によって得られたMOX粉末はFBR用MOX燃料として利用される。MH法では沸騰現象が伴うことから、将来に向けた量産規模の脱硝技術開発には、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。そこで本研究では、マイクロ波加熱時の沸騰現象の解明を目的とし、解明への第一ステップとして蒸留水を用いた実験を実施した。突沸は単一気泡の発生がトリガーとなって突沸に発生に至ることが観測された。また、突沸現象の発生限界は、液体に吸収される熱量と液面から放出される熱量に相関することが明らかとなった。

論文

Mechanism of synthesis of metallic oxide powder from aqueous metallic nitrate solution by microwave denitration method

福井 国博*; 井川 友介*; 有満 直樹*; 鈴木 政浩; 瀬川 智臣; 藤井 寛一*; 山本 徹也*; 吉田 英人*

Chemical Engineering Journal, 211-212, p.1 - 8, 2012/11

 被引用回数:13 パーセンタイル:49.72(Engineering, Environmental)

核燃料サイクルにおいて使用済み核燃料を硝酸で溶解し、マイクロ波加熱脱硝法により混合酸化物(MOX)原料粉末に転換している。マイクロ波加熱脱硝特性の異なる複数の硝酸金属溶液からの金属酸化物粉末の生成プロセスについて明らかにするために、硝酸ニッケル水溶液と硝酸銅水溶液を用いたマイクロ波加熱脱硝特性の研究及び数値シミュレーションによる温度分布の解析を行った。マイクロ波加熱脱硝法により、硝酸銅水溶液から酸化銅を容易に得ることができる一方、硝酸ニッケル水溶液は270$$^{circ}$$C以上に加熱することができなかった。マイクロ波加熱による脱硝反応過程は、外部加熱によるものと同じ過程をとることが確認でき、マイクロ波加熱により脱硝を行う上では、中間生成物と酸化物のマイクロ波吸収性だけでなく、中間生成物から酸化物に転換する温度が重要であることが示された。また、シミュレーションにより、反応容器内において中心部で最高温度となる半径方向に不均一な温度分布を形成することが明らかとなり、中心部から酸化物の生成が進行すると考えられる。

論文

Microwave heating of solid Pu/U mixed nitrate medium in cylindrical cavity for nuclear fuel cycle

今井 卓*; 中島 裕貴*; 田口 健治*; 柏 達也*; 北澤 敏秀*; 鈴木 政浩; 瀬川 智臣; 藤井 寛一

Proceedings of 2011 International Symposium on Antennas and Propagation (ISAP 2011) (USB Flash Drive), 4 Pages, 2011/10

核燃料サイクルの一環として、使用済核燃料から生成されるPu/U硝酸溶液のマイクロ波加熱により、MOX燃料が製造されている。本論文では、円筒型オーブンキャビティ内の固体のPu/U混合硝酸媒体の電力吸収特性及び円偏波入力による効果の解析を行った。数値シミュレーションにより、円偏波の入射が円筒型キャビティ内に設置された媒体の吸収電力の均一性を改善することが明らかとなった。

論文

Innovative powder production and granulation for advanced MOX fuel fabrication

栗田 勉; 加藤 良幸; 吉元 勝起; 鈴木 政浩; 木原 義之; 藤井 寛一

Proceedings of International Conference on Advanced Nuclear Fuel Cycle; Sustainable Options & Industrial Perspectives (Global 2009) (CD-ROM), p.94 - 102, 2009/09

高度な混合酸化物燃料に関して、革新的なMOX粉末製造のために、マイクロ波脱硝に合うように特に設計された容器を、破砕、及び造粒に利用し、有機系潤滑剤や、工程間の粉末移送を使用しない新しい概念の製法を導入した。この概念を実現化させるために、2つの試みが試験された。(1)特別設計された3翼羽根は補助羽根と結合された。(2)ユニークな形状をした混合羽根は補助羽根と結合され、自動軌道の複合回転をする。造粒処理において、撹拌羽根は造粒の成長を促進させるが、補助羽根は過大な粒子を切ることで過度の成長を抑制させる。これらの造粒器は、添加剤として少量の水を使用する。その結果、純粋なWO$$_{3}$$モデル粉で顆粒の主な直径は、400$$sim$$1000ミクロン、流動性は82$$sim$$85が得られた。したがって、望ましい粉体物性と簡素な核物質製造の両方を満たし、運転効率改良とコスト低減の見通しが得られた。

論文

Application of microwave heating to MOX fuel production and its contribution to Japanese energy strategy

鈴木 政浩; 石井 克典; 山本 琢磨; 木原 義之; 加藤 良幸; 栗田 勉; 吉元 勝起; 藤井 寛一

Proceedings of Global Congress on Microwave Energy Applications (GCMEA 2008/MAJIC 1st), p.501 - 504, 2008/08

天然資源の乏しい日本において、エネルギー開発を着実に進めることは非常に重要である。石油やウラン資源なども枯渇する心配がある今日、原子力の位置づけが非常に高まっており、FBR開発こそが日本のエネルギー問題を解決する手段である。そのために、マイクロ波加熱の技術を利用し、再処理溶液を脱硝転換することでMOX原料が製造される。現在までに混合転換によりPuO$$_{2}$$/UO$$_{2}$$の良品の粉末を2kgMOX/batch規模で実証してきた。今後、量産化開発として1バッチで5kgU/hを目指した研究開発を進める。

論文

スフェアパック燃料ピン製造時における小粒子浸透過程の観察

石井 克典; 鈴木 政浩; 木原 義之; 藤井 寛一*

粉体工学会誌, 42(7), p.472 - 477, 2005/00

スフェアパック燃料ピンの製造条件の最適化に資するために、マイクロフォーカス型X線CT装置を用いて、小粒子浸透中の燃料ピンの内部構造を観察した。振動により落下中の小粒子は、大粒子充填体の空隙の一部を閉塞させることがある。また落下した小粒子は燃料ピン下端に到達し、大粒子充填体の空隙を満たし、充填が完了した層を形成する。この層が充填カラムの下部から上部に成長することにより、スフェアパックの充填プロセスが進行する。充填カラムの上端には、大粒子と管壁に小粒子が完全に入り込んだ特異層が、振動開始直後に形成され、その構造は充填完了後も変化しない。特異層の形成は振動充填シミュレーション結果と定性的に一致した。

論文

One consideration on infiltration property of oxide particles

石井 克典; 木原 義之; 藤井 寛一*

Japanese Journal of Applied Physics, 44(4A), p.1955 - 1956, 2005/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:94.89(Physics, Applied)

大粒子と小粒子を用いたスフェアパック充填技術に関して、4種類の模擬粒子を用いた充填試験を実施した。小粒子の浸透特性は材質と比重に依存しないため、燃料ピンの内面腐食を防止する酸素ゲッターとして働く金属ウラン粒子を、スフェアパック燃料に添加する可能性が提案された。

報告書

白色光レーザーによる粒子のリアルタイム3次元計測と評価

藤井 寛一*

JNC-TY8400 2002-008, 23 Pages, 2002/05

JNC-TY8400-2002-008.pdf:2.59MB

核燃料サイクルにおける燃料製造法の一つとして、スフェアパック燃料(数十から数百ミクロンの粒子状燃料を混合して燃料被覆管に振動充填した燃料)が注目されている。一様な燃料粒子を製造し、高い充填率を得るためには粒子形状測定技術と評価法を確立する必要がある。このような要請に従い、本研究では光波回折(光が物体の影に回りこむ現象)に立脚したリアルタイム3次元形状計測法を考案した。 実験は、静止円板、回転円板、平面鏡の上に置かれた球の順に回折像(干渉稿)を測定し、2次元図形である回折像(干渉稿)から3次元情報を引き出すことに成功した。これによって、所期の目的であるリアルタイム3次元形状計測の見通しがついた。平面鏡の上に置かれた球を置く方法では異なった2つの面が同時に観測できるため、真球の判定確度が格段に向上する他、粒径を100倍程度に拡大して計測できる利点が合わせ得られた。

論文

化学励起ヨウ素レーザーにおけるトラップ温度と励起酸素の失活について

北谷 文人; 藤井 寛一*

レーザー研究, 25(9), p.654 - 657 , 1997/00

None

報告書

同位体分離用短波長レーザの基礎的研究

藤井 寛一*; 北谷 文人; 高橋 武士*

PNC-TY8613 95-001, 48 Pages, 1995/03

PNC-TY8613-95-001.pdf:1.41MB

レーザを用いて、種々の元素の同位体分離を行うためには、同位体分離用にカスタマイズされたレーザを開発することが必要である。現在のレーザを用いた同位体分離に用いられるレーザは、CO2レーザおよび、YAGレーザまたはエキシマレーザ励起の色素レーザである。これらのレーザでは、光子当たりのエネルギーが低いために効率のよい同位体分離を行うことがしづらい。これは、レーザを用いた同位体分離においては、最終段階では、目的同位体に解離、イオン化、運動量変化などの物理化学的変化を生じさせることによって目的同位体を分離回収する技術であるために、これらような変化を容易に生じさせるためには、エネルギーの大きな光子の利用が必須となる。これから、高効率で高出力の短波長レーザの開発は、レーザを用いた同位体分離にとって非常に重要な項目となる。また、高効率に光子を用いるためには、発生したレーザ光の質が重要となる。ビームの質(スペクトル幅、横モード、広がり角など)が悪ければ、レーザ光は、効率よく利用することができない。このために、種々の同位体分離に必要な波長を高効率で発生できる可能性のある短波長レーザとして、金属蒸気を用いた短波長レーザの開発と発生したレーザビームの高品質化について茨城大学と動燃で共同に研究を行った結果について報告する。金属蒸気レーザとしては、高繰り返しの可視光を、単純な構造のレーザ管で発生できる金属ハロゲン化物を用いたレーザの高効率化について基礎的な研究を行った。また、レーザ光の高品位化については、回折の影響をのぞき伝播可能な、非回折光の発生について考察を行った。

報告書

ハライド系銅蒸気レーザの高効率化の研究(3)

大内 和美*; 矢戸 弓雄*; 笹尾 信之*; 藤井 寛一*

PNC-TN8410 88-063, 47 Pages, 1988/12

PNC-TN8410-88-063.pdf:0.75MB

1.目的 ウラン濃縮,光化学,医療関係から現在注目されている銅蒸気レーザの高効率化を目的とする。2.方法 ハライド系銅(Cucl,CuBr,Cul等)は,金属に比べ低い融点を持つため低温度でレーザ発振が可能になり,またこのためレーザ放電管の断熱構造が簡単になる利点を持つ。このハライド系銅を放電管内に一様に置き,放電自身の熱により蒸気化させ,レーザ発振させた。 3.内容 1)塩化第一銅を用いた場合のレーザ出力特性 2)臭化第一銅を用いた場合のレーザ出力特性 3)高操り返しパルス放電を用いた場合のレーザ出力特性 4)レーザビーム強度の強度分布 5)光パルス波形の温度変化 4.結果 1)塩化第一銅よりも臭第一銅の方が高出力を得た。 2)最大レーザ出力は,14KV,35KHz,40Torrの下で13.6Wを得た。 3)レーザビームの強度分布は,40-H-のFでボーンエフェクトの影響からガウシャン分布となった。

口頭

Discussion on optimization of microwave heating for MOX fuel production

加藤 良幸; 栗田 勉; 松本 正喜; 鈴木 政浩; 石井 克典; 山本 琢磨; 木原 義之; 吉元 勝起; 藤井 寛一

no journal, , 

FBR燃料サイクルをできるだけ早期に完成させることは、石油資源を節約するだけでなく温室効果を抑制することによる環境保護の観点から最重要の課題である。マイクロ波加熱(MH)はこのFBRサイクルのメインストリームにおいてMOXの製造プロセスに採用されている。われわれはMHをFBRサイクルにさらに適したものにしようとしている。本発表では、PuとUを含む使用済核燃料をリサイクルするためのMOX燃料製造の実際について述べる。MHは、硝酸と水を蒸発させることにより混合溶液を固体化する目的で採用されており、このプロセスは脱硝と呼ばれる。本発表では、MHで作られたMOX粉末の物理的特性と微細構造の優位性を正確な測定と詳細な観察に基づいて説明する。そしてMHオーブンの設計とMHパワーの制御及び補助熱源の併用の観点からMHの最適化について議論する。

口頭

簡素化ペレット法による燃料製造技術開発,1; 概要と全体計画

鈴木 政浩; 石井 克典; 木原 義之; 栗田 勉; 吉元 勝起; 沖田 高敏; 鹿志村 元明; 加藤 正人; 滑川 卓志; 藤井 寛一

no journal, , 

FaCTプロジェクトにおいて、簡素化ペレット法による燃料製造技術の成立性見通しを得るために主要な革新技術(6課題)を設定し、2015年の技術体系の整備を目指した開発を推進している。本報告では、簡素化ペレット法燃料製造技術に関する主要な革新技術課題毎の進捗状況及び今後の計画について報告する。

口頭

電磁場加熱による過渡沸騰現象のメカニズム解明

鈴木 翔太*; 金子 暁子*; 阿部 豊*; 鈴木 政浩; 瀬川 智臣; 藤井 寛一

no journal, , 

核燃料サイクルの脱硝転換工程で行われる電磁波(マイクロ波)加熱時の沸騰挙動を解明するために、容器,溶液,加熱の特性が沸騰挙動に及ぼす影響を評価した。溶液の沸騰や流動挙動を高速度カメラにより撮影し、液面を放射温度計、容器表面の温度をサーモグラフィによりそれぞれ計測した。液面の温度は103.2$$^{circ}$$Cを示しており、液体は過熱状態となっていた。また、突沸発生付近の時点での容器表面のサーモグラフィの温度補正値は105.8$$^{circ}$$Cを示した。容器表面よりも溶液内部の温度は高いことが予想され、溶液の中心付近にマイクロ波加熱のエネルギーが集中し、過熱状態となった結果、単一気泡が発生し、突沸に至ったと考えられる。

口頭

マイクロ波加熱における被加熱物の相対的温度分布の可視化

川口 浩一; 瀬川 智臣; 石井 克典; 鈴木 政浩; 藤井 寛一

no journal, , 

核燃料サイクルにおいて、使用済み核燃料の再処理溶液からウラン・プルトニウム混合酸化物(MOX)が製造される。溶液から水分及び硝酸分を除去して酸化物を得る脱硝工程に、マイクロ波加熱を用いた方法が利用されている。燃料製造技術評価グループでは、量産に向けたマイクロ波加熱脱硝の大容量化の開発を進めている。被加熱物が大型化すると加熱むらの問題が重要となり、均一加熱性が課題となっている。われわれは、水飴を被加熱物としたマイクロ波加熱並びに目視及びサーモグラフィによる観察を行って加熱領域の分布の可視化を試み、装置構造による分布の違いを比較した。

口頭

Development of synthesis process of nikel oxide powder by microwave

瀬川 智臣; 鈴木 政浩; 藤井 寛一; 井川 裕介*; 有満 直樹*; 山本 徹也*; 福井 国博*; 吉田 英人*

no journal, , 

マイクロ波加熱法による硝酸ニッケル水溶液を用いた脱硝反応プロセスにかかわる研究を実施した。硝酸ニッケル水溶液の中間生成物のマイクロ波吸収性が低いことから、マイクロ波加熱法により硝酸ニッケル水溶液から酸化ニッケルを得ることはできない。本研究では、マイクロ波吸収体として6.0gの酸化ニッケルを加えたマイクロ波加熱により、硝酸ニッケル水溶液を酸化ニッケルに転換することができることを示した。酸化ニッケル粉末は脱硝反応を促進し、酸化ニッケル粉末の量が増加すると必要な反応時間は減少した。さらには、溶液内の温度分布を均一化するために、容器周囲に断熱材を設置した。容器の中心部が同じ温度の場合では、硝酸ニッケル水溶液から酸化ニッケルへの脱硝効率が向上することがわかった。

口頭

Study on flushing phenomena by microwave heating

八巻 辰徳*; 金子 暁子*; 阿部 豊*; 瀬川 智臣; 川口 浩一; 山田 美一; 鈴木 政浩; 藤井 寛一*

no journal, , 

核燃料サイクルにおける脱硝転換工程では、マイクロ波加熱直接脱硝法により使用済み燃料の再処理溶液(硝酸プルトニウム・ウラン混合溶液)からMOX(UO$$_{2}$$+PuO$$_{2}$$)原料粉末を製造している。従来の平皿容器に比べて高速・大容量が期待された円筒容器では、マイクロ波加熱時に突沸による噴き零れ現象が発生したことから、これらマイクロ波加熱時の突沸及び噴き零れのメカニズムを解明するために研究を行った。容器直径と初期液位の関係を調べた結果、マグネトロン出力が一定の場合、容器の直径が小さく、液位が高いほど突沸が発生しやすいことがわかった。また、突沸直前は過加熱状態にあることを確認した。

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