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論文

Turbulence intensity profile in high Reynolds number pipe flow

和田 裕貴; 古市 紀之*; 草野 英祐*; 辻 義之*

Proceedings of 11th International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena (TSFP-11) (Internet), 6 Pages, 2019/07

高レイノルズ数壁乱流における外層の乱流強度分布は対数関係を示すことが知られている。また、円管を除く境界層・チャネル乱流では内層の乱流強度のピーク値がレイノルズ数に依存して増加することが報告されているが、円管におけるそれらの傾向については実験データが乏しいことから未だに明らかになっていない。本発表では、高レイノルズ数円管乱流においてLDVにより取得した乱流強度分布をLDVの計測体積による空間分解能の影響を補正した結果を用い、内層の乱流強度のピーク値のレイノルズ数依存性について検討した結果を報告する。また、外層の対数関係についても先行研究結果との比較を行った結果を報告する。

論文

A Correction method based on probability density function and measurement volume for turbulence intensity profile measured by LDV in turbulent pipe flow

和田 裕貴; 古市 紀之*; 草野 英祐*; 辻 義之*

Proceedings of 15th International Conference on Flow Dynamics (ICFD 2018) (USB Flash Drive), p.778 - 779, 2018/11

壁乱流における壁面近傍のLDV計測では相対的に測定体積が増大することにより乱流強度が過大評価されることが知られている。本発表では過大評価された測定値から真の乱流強度分布を推定する方法を提案する。円管乱流実験においてLDVでの測定位置を調整することにより相対的な測定体積を変化させて計測した乱流強度分布を用いて本補正法の妥当性について検証する。

論文

Further experiments for mean velocity profile of pipe flow at high Reynolds number

古市 紀之*; 寺尾 吉哉*; 和田 裕貴; 辻 義之*

Physics of Fluids, 30(5), p.055101_1 - 055101_7, 2018/05

 被引用回数:1 パーセンタイル:85.72(Mechanics)

This paper reports further experimental results obtained in high Reynolds number actual flow facility in Japan. The experiments were performed in a pipe flow with water, and the friction Reynolds number was varied up to $$Re_{tau}$$ = 5.3 $$times$$ 10$$^{4}$$. This high Reynolds number was achieved by using water as the working fluid and adopting a large-diameter pipe (387 mm) while controlling the flow rate and temperature with high accuracy and precision. The streamwise velocity was measured by laser Doppler velocimetry close to the wall, and the mean velocity profile, called log-law profile $$U^{+}$$ = (1/$$kappa$$) ln(y$$^{+}$$) + $$B$$, is especially focused. After careful verification of the mean velocity profiles in terms of the flow rate accuracy and an evaluation of the consistency of the present results with those from previously measurements in a smaller pipe (100 mm), it was found that the value of $$kappa$$ asymptotically approaches a constant value of $$kappa$$ = 0.384.

論文

IFMIF/EVEDA事業におけるリチウムターゲット施設開発の現状

若井 栄一; 近藤 浩夫; 金村 卓治; 平川 康; 古川 智弘; 帆足 英二*; 深田 智*; 鈴木 晶大*; 八木 重郎*; 辻 義之*; et al.

Proceedings of Plasma Conference 2014 (PLASMA 2014) (CD-ROM), 2 Pages, 2014/11

IFMF/EVEDA(国際核融合材料照射施設の工学実証・工学設計活動)において、世界最大流量率(3000リットル/分)を持つリチウム試験ループを用い、幅100mmで厚さ25mmの自由表面を持つ高速(15m/s)リチウム流を、IFMIFの運転条件(250$$^{circ}$$C、約10$$^{-3}$$Pa)で安定なリチウム流の形成を示す実証試験に成功した。また、リチウム施設開発におけるリチウム純化、リチウム安全や遠隔操作技術を含む最近の工学実証においても、いくつかの優れた結果が得られるとともに、リチウム施設に関する工学設計を併せて評価した。これらの研究開発で得られた成果は、核融合炉材料の開発に重要なキーテクノロジーとなる核融合炉の照射環境を模擬する加速器駆動型中性子源の開発を大きく進展させるものである。

論文

Engineering validation and engineering design of lithium target facility in IFMIF/EVEDA project

若井 栄一; 近藤 浩夫; 金村 卓治; 古川 智弘; 平川 康; 渡辺 一慶; 井田 瑞穂*; 伊藤 譲; 新妻 重人; 枝尾 祐希; et al.

Fusion Science and Technology, 66(1), p.46 - 56, 2014/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:59.64(Nuclear Science & Technology)

EVEDA Lithium Test Loop (ELTL) has been designed and constructed, has operated a liquid lithium flow test facility with the world's highest flow rate and has succeeded in generating a 100-mm-wide and 25-mm-thick free-surface lithium flow along a concave back plate steadily at a high speed of 20 m/s at 300$$^{circ}$$C for the first time in the world. This result will greatly advance the development of an accelerator-based neutron source to high energy and high density, one of the key objectives of the fusion reactor materials development under the BA (Broader Approach) Activities. Recent related engineering validation and engineering design of the lithium facility has been evaluated.

論文

Summary of OECD/NEA/NSC expert group on integral experiments for minor actinide management

岡嶋 成晃; Fougeras, P.*; Gil, C.-S.*; Glinatsis, G.*; Gulliford, J.*; 岩本 修; Jacqmin, R.*; Khomyakov, Y.*; Kochetkov, A.*; Kormilitsyn, M. V.*; et al.

NEA/NSC/DOC(2013)3, p.265 - 278, 2013/04

マイナーアクチニド(MA)のマネジメントに必要な積分実験を検討する専門家グループ(EG on IEMAM)が、OECD/NEA/NSCの下に設立された。その目的は、MAマネジメントの観点から、MA核データの検証に必要な積分実験のレビュー、追加する積分実験の提案、それを遂行する国際的な枠組みを提案することである。本報告では、EG on IEMAMにおいて討議された以下の結果についてまとめた: (1) MAマネジメントに必要な核データ、(2)既存積分実験のレビューと必要となる実験の内容、(3)実験実施における課題とその解決策の検討、及び(4)国際協力の提案。

論文

IFMIF/EVEDAリチウムターゲットシステムの開発

若井 栄一; 近藤 浩夫; 杉本 昌義; 深田 智*; 八木 重郎*; 井田 瑞穂; 金村 卓治; 古川 智弘; 平川 康; 渡辺 一慶; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 88(12), p.691 - 705, 2012/12

核融合エネルギーの早期実現を目指す幅広いアプローチ活動のもと、国際核融合材料照射施設(IFMIF)の工学実証・工学設計活動(EVEDA)を2007年より実施している。この活動の中で実機のリチウムターゲットを実証する目的で世界最大流量率(3000リットル/分)を有し、幅100mmで厚さ25mmの形状で最速20メートル/秒までの範囲で安定したリチウム流を実証試験を行うために液体リチウム流動試験装置を原子力機構大洗研究開発センターに建設し、その実証試験を開始したところである。本試験装置の各種機器の機能性試験及びそれに続く、ターゲット部でリチウム自由表面を持つ15m/sの流動試験までに関する第一段階確証試験を成功させた所である。また、これ関係する工学実証試験及び工学設計の活動状況を示すとともに、その成果内容について併せて解説したものである。

論文

Present status of Japanese tasks for lithium target facility under IFMIF/EVEDA

中村 和幸; 古川 智弘; 平川 康; 金村 卓治; 近藤 浩夫; 井田 瑞穂; 新妻 重人; 大高 雅彦; 渡辺 一慶; 堀池 寛*; et al.

Fusion Engineering and Design, 86(9-11), p.2491 - 2494, 2011/10

 被引用回数:9 パーセンタイル:35.08(Nuclear Science & Technology)

IFMIF/EVEDAリチウムターゲット系は、5つの実証タスク(LF1-5)と1つの設計タスク(LF6)から構成されている。LF1の目的は、EVEDA液体リチウム試験ループを建設し運転することであり、日本が主たる責任を負っている。LF2は、EVEDA液体リチウム試験ループとIFMIF実機の設計に対する計測系の開発を行うものであり、現在、基礎研究が終了し、試験ループ用装置の設計を実施している。LF4は、リチウム中に含まれる窒素及び水素の除去技術を開発するものであり、LF2同様、現在、基礎研究が終了し、試験ループ用装置の設計を実施している。LF5は、ターゲットアッセンブリーの遠隔操作技術を開発するものであり、原子力機構は、フランジのリップ部分をレーザーによって切断,溶接を行うアイデアの実証を目指している。切断,溶接実験は2011年の実施予定である。LF6は、LF1-5の実証試験結果をもとにIFMIF実機の設計を行うものである。

論文

Target system of IFMIF-EVEDA in Japanese activities

井田 瑞穂; 深田 智*; 古川 智弘; 平川 康; 堀池 寛*; 金村 卓治*; 近藤 浩夫; 宮下 誠; 中村 博雄; 杉浦 寛和*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 417(1-3), p.1294 - 1298, 2011/10

 被引用回数:3 パーセンタイル:69.54(Materials Science, Multidisciplinary)

本報告は、現在、幅広い取組協定に基づき国際核融合材料照射施設(IFMIF)の工学実証工学設計活動(EVEDA)で実施中のターゲット系に関する日本の活動についてまとめたものである。IFMIFの流動条件及び不純物条件を模擬するEVEDAリチウム試験ループの設計及び製作準備を実施中である。この試験ループでは、F82H(低放射化フェライト鋼)及び316L(ステンレス鋼)製の2種類のターゲットアセンブリ及び交換型背面壁の熱構造の実証試験が行われる。EVEDAループでの最終的な実証に向け、高速自由表面リチウム流に適用できる計測系及びリチウム中の窒素と水素を抑制するホットトラップを試験中である。ターゲットアセンブリの遠隔操作に関しては、レーザーによる316L-316L間のリップ溶接及びF82H-316L間の異材溶接を検討中である。IFMIFターゲット系の工学設計としては、水実験,流動解析,背面壁熱構造解析,遠隔操作の検討等を実施中である。

論文

Statistical analysis of fluctuation characteristics at high- and low-field sides in L-mode SOL plasmas of JT-60U

田中 宏彦*; 大野 哲靖*; 朝倉 伸幸; 辻 義之*; 川島 寿人; 高村 秀一*; 上杉 喜彦*; JT-60Uチーム

Nuclear Fusion, 49(6), p.065017_1 - 065017_7, 2009/06

 被引用回数:27 パーセンタイル:24.31(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60UトカマクのLモードプラズマにおいて、強・弱磁場側のスクレイプオフ層の静電揺動の特性を高速掃引プローブにより計測し、確率密度関数を用いた統計解析結果を発表した。弱磁場側の赤道面付近では非拡散的輸送(Blob)による間歇的なバーストが頻繁に発生していることが観測された、一方、強磁場側ではイオン飽和電流揺動の確率密度関数はガウス分布に近い。バースト信号の持続時間と待ち時間の統計性を調べたところ、弱磁場側の持続時間はべき状則に従い、弱磁場側の揺動が自己相似性を有していることを示している。また自己相関時間解析では、弱磁場側の信号の相関時間は強磁場側に比べて非常に長いことが示された。既存の条件付平均化法(conditional averaging method)を用いて、弱磁場側のバースト信号について解析を行う際、ノイズの影響を低減するために、新たにVITA(Variable Interval Time Averaging)法を適用し、本手法がバースト形状の再構成に極めて有用な方法であることが明らかになった。

報告書

「数値解析による自由液面からのガス巻込み評価指針」の解説, 解説B(協力研究)

大島 宏之; 堺 公明; 上出 英樹; 木村 暢之; 江連 俊樹; 内堀 昭寛; 伊藤 啓; 功刀 資彰*; 岡本 孝司*; 田中 伸厚*; et al.

JAEA-Research 2008-049, 44 Pages, 2008/06

JAEA-Research-2008-049.pdf:42.3MB

日本原子力研究開発機構は、高速増殖炉サイクル実用化戦略調査研究の一環として、ナトリウム冷却高速炉の概念検討を進めている。実用化のためのプラントシステム概念は、経済性向上のために出力に比してコンパクトな炉容器を指向している。そのため、既存の概念と比較して炉容器内の流速が相対的に大きくなり、自由液面からのカバーガスの巻込みについてより精度の高い設計評価を行うことが重要となっている。そこで、大学,研究所,電力,メーカの専門家で構成するワーキンググループを設置し、ガス巻込み現象について設計で参照すべき数値解析に基づく指針案の検討を行い、得られた知見をもとに、「数値解析による自由液面からのガス巻込み評価指針」(第1次案)を策定した。本件は、指針の解説として、ワーキンググループにおいて実施した研究に関して紹介するものである。

報告書

ガス巻込み現象詳細実験:渦生成機構に関する研究 平成16年度(共同研究報告書)

辻 義之*; 上出 英樹

JNC-TY9400 2005-017, 54 Pages, 2005/03

JNC-TY9400-2005-017.pdf:4.22MB

高速炉の実用化概念として、経済性の向上のために原子炉容器をコンパクト化した炉型が検討されている。コンパクト化された原子炉容器では冷却材流速が増大することから、自由界面からのガスの巻込みの判定は、設計成立性の観点から重要な評価項目となっている。設計で遵守するべきガス巻込みの判断基準を策定することを目的とし、本研究では、ガス巻き込み発生に大きく影響するくぼみ渦について、特に渦の生成段階に着目し、実験による現象解明を実施した。 本研究は平成15年度から3年間の計画で実施し、平成16年度は2年目にあたる。本年度はガス巻き込み渦の発生に構造物がどのように影響するのかを知るため、水を作動流体とし、流水中に円柱と吸い込み管を設置した試験装置により、流速、液位、界面の変動(波立ち)などをパラメータとしてガス巻き込み渦の発生限界について知見を得た。さらに、ガス巻き込み渦の発生には、構造物後流の乱流渦のような鉛直方向に渦度分布をもつ3次元的な渦の存在が必要であり、界面のゆらぎはガスが安定して吸い込まれるような状況を与えず、ガス巻き込み渦の発生を妨げることを明らかにした。

報告書

ガス巻込み現象詳細実験; 渦生成機構に関する研究

小畑 貴則*; 辻 義之*; 木村 暢之; 上出 英樹

JNC-TY9400 2004-017, 36 Pages, 2004/03

JNC-TY9400-2004-017.pdf:3.03MB

ナトリウム冷却高速炉の経済性向上を図る上で原子炉システムのコンパクト化が求められ、原子炉容器では従来の設計に比べ原子炉容器の断面平均流速が2.5倍に達する設計が検討されている。流速の上昇は原子炉容器内にある自由液面近傍の流速にも及び、自由液面からカバーガスを巻き込むことが懸念される。巻き込まれたガスは炉心を通過する際に反応度の外乱要因になるなど原子炉の運転に悪影響があると考えられており、ガス巻き込み現象の抑制が必要である。本研究はガス巻き込み現象のメカニズムを解明しその評価基準を策定に資することを目的とし、特にくぼみ渦からガスコアが液面下に吸い込まれるタイプの現象において、くぼみ渦が生成する過程を明らかにすることで、ガス巻き込み現象の評価の一環を担う。 現象を解明する上でより単純な渦生成過程として、本研究では水を作動流体とし流水中に円柱を設置することにより円柱後流にできる乱流渦について液面形状を測定した。本年度は研究の初年度として、上方から液面に向けてレーザー光をあてその反射を2次元位置検出素子(PSD)を用いて捉えることで、界面傾斜角を測定することができた。円柱下流のさまざまな位置で界面傾斜角を測定し、本手法によりくぼみ渦が検出可能であること、さらに渦の形状を再構成する手法を見出した。

論文

Evaluation of corrosion behavior on ion irradiated stainless steel using AFM

根本 義之; 三輪 幸夫; 加治 芳行; 辻 宏和; 塚田 隆

Proceedings of 11th International Conference on Environmental Degradation of Materials in Nuclear Power Systems-Water Reactors (CD-ROM), p.1185 - 1190, 2004/01

現在、軽水炉の高経年化との関連において重要な検討課題とされているオーステナイト・ステンレス鋼の照射誘起応力腐食割れ(IASCC: Irradiation Assisted Stress Corrosion Cracking)の基礎的な研究のため、照射材における腐食挙動の評価方法の開発及び解析を行った。イオン照射を適用し、照射温度,照射損傷量,水素(H),ヘリウム(He)注入量を変化させて照射を行った。照射材の腐食挙動の評価には原子間力顕微鏡(AFM: Atomic Force Microscope)を適用し、その評価のために最適な腐食条件などについて検討した。その結果、照射材の腐食量の評価に成功し、照射条件と腐食挙動の相関について検討した。また照射誘起偏析の影響と考えられる粒界の優先腐食の様子をとらえることにも成功した。方位像顕微鏡(EBSP: Electron Backscatter Diffraction Pattern)による観察結果との組合せにより、粒界性状と腐食挙動の相関について検討した。

論文

イオン照射したステンレス鋼腐食挙動の原子間力顕微鏡による評価

根本 義之; 三輪 幸夫; 辻 宏和; 塚田 隆

日本AEM学会誌, 11(4), p.242 - 248, 2003/12

現在、軽水炉の高経年化との関連において重要な検討課題とされているオーステナイト・ステンレス鋼の照射誘起応力腐食割れ(IASCC: Irradiation Assisted Stress Corrosion Cracking)の基礎的な研究のため、照射材における腐食挙動の評価方法の開発及び解析を行った。イオン照射を適用し、照射温度,照射損傷量,ヘリウム(He)注入量を変化させて照射を行った。照射材の腐食挙動の評価には原子間力顕微鏡(AFM: Atomic Force Microscope)を適用し、その評価のために最適な腐食条件などについて検討した。その結果、照射材の腐食挙動の評価方法を開発し、粒界及び粒内の腐食挙動について評価を行った。方位像顕微鏡(EBSP: Electron Backscatter Difraction Pattern)による観察結果との組合せにより、粒界性格と腐食挙動の相関について検討した。また照射条件と腐食挙動の相関について検討した。

論文

Influence of H and He on corrosion behavior of ion irradiated stainless steel

根本 義之; 三輪 幸夫; 辻 宏和; 塚田 隆; 阿部 弘亨*; 関村 直人*

JAERI-Review 2003-033, TIARA Annual Report 2002, p.171 - 173, 2003/11

現在、軽水炉の高経年化との関連において重要な検討課題とされているオーステナイト系ステンレス鋼の照射誘起応力腐食割れ(IASCC: Irradiation Assisted Stress Corrosion Cracking)の基礎的な研究のため、照射材における腐食挙動の評価方法の開発及び解析を行った。イオン照射により水素(H),ヘリウム(He)の注入量を変化させて照射を行った。照射材の腐食挙動の評価には原子間力顕微鏡(AFM: Atomic Force Microscope)を適用した。その結果、照射材の腐食量の評価に成功し、照射条件と腐食挙動の相関について検討した。

論文

AFM evaluation for corrosion behavior of ion irradiated stainless steel

根本 義之; 三輪 幸夫; 辻 宏和; 塚田 隆

Proceedings of 11th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-11) (CD-ROM), 7 Pages, 2003/04

現在、軽水炉の高経年化との関連において重要な検討課題とされているオーステナイト・ステンレス鋼の照射誘起応力腐食割れ(IASCC: Irradiation Assisted Stress Corrosion Cracking)の基礎的な研究のため、照射材における腐食挙動の評価方法の開発及び解析を行った。イオン照射を適用し、照射温度,照射損傷量,水素(H),ヘリウム(He)注入量を変化させて照射を行った。照射材の腐食挙動の評価には原子間力顕微鏡(AFM: Atomic Force Microscope)を適用し、その評価のために最適な腐食条件などについて検討した。その結果、照射材の腐食量の評価に成功し、照射条件と腐食挙動の相関について検討した。また照射誘起偏析の影響と考えられる粒界の優先腐食の様子をとらえることにも成功した。方位像顕微鏡(EBSP: Electron Backscatter Diffraction Pattern)による観察結果との組合せにより、粒界性状と腐食挙動の相関について検討した。

論文

AFM evaluation of grain boundary corrosion behavior on ion irradiated stainless steel

根本 義之; 三輪 幸夫; 塚田 隆; 辻 宏和

JAERI-Conf 2003-001, p.397 - 404, 2003/03

オーステナイト・ステンレス鋼における照射誘起応力腐食割れ(IASCC)現象は軽水炉の高経年化における主要な問題として研究されている。IASCC発生機構の研究を進めるうえで照射材の粒界腐食挙動を調べることは極めて重要であるが、既存の実験方法でそれを行うことは困難である。本研究の目的は原子間力顕微鏡(AFM)を用いた照射材の粒界腐食挙動の評価技術の開発である。溶体化熱処理した高純度Fe-18Cr-12Ni合金に原研高崎研のタンデム加速器TIARAにおいてNiイオン照射を照射温度573Kで行い、試料とした。照射損傷量はピーク領域で約1dpaとした。腐食方法は不動態域での定電位腐食とした。腐食の後、AFMにより粒界腐食量の評価を行った。また粒界腐食挙動と粒界性格との相関について研究するため、方位像顕微鏡(OIM)での評価を行った。その結果、粒界腐食量のナノスケールでの評価に成功し、また粒界腐食の起こっていた粒界はいずれもランダム粒界であることが明らかになった。

論文

イオン照射したステンレス鋼腐食挙動の原子間力顕微鏡による評価

根本 義之; 三輪 幸夫; 辻 宏和; 塚田 隆

第12回MAGDAコンファレンス(大分)講演論文集, p.191 - 196, 2003/00

現在、軽水炉の高経年化との関連において重要な検討課題とされているオーステナイト・ステンレス鋼の照射誘起応力腐食割れ(IASCC: Irradiation Assisted Stress Corrosion Cracking)の基礎的な研究のため、照射材における腐食挙動の評価方法の開発及び解析を行った。イオン照射を適用し、照射温度,照射損傷量,ヘリウム(He)注入量を変化させて照射を行った。照射材の腐食挙動の評価には原子間力顕微鏡(AFM: Atomic Force Microscope)を適用し、その評価のために最適な腐食条件などについて検討した。その結果、照射材の腐食挙動の評価方法を開発し、粒界及び粒内の腐食挙動について評価を行った。方位像顕微鏡(EBSP: Electron Backscatter Diffraction Pattern)による観察結果との組合せにより、粒界性格と腐食挙動の相関について検討した。また照射条件と腐食挙動の相関について検討した。

論文

Characterization of 316L(N)-IG SS joint produced by hot isostatic pressing technique

中野 純一; 三輪 幸夫; 塚田 隆; 菊地 正彦; 北 智士; 根本 義之; 辻 宏和; 實川 資朗

Journal of Nuclear Materials, 307-311(Part2), p.1568 - 1572, 2002/12

 被引用回数:12 パーセンタイル:36.19(Materials Science, Multidisciplinary)

316LN-IGステンレス鋼が国際熱核融合実験炉(ITER)の第一壁/ブランケットの候補材料として考えられている。その製造においては熱間静水圧(HIP)法を用いることが計画されている。HIP接合された316LN-IGステンレス鋼の健全性及び応力腐食割れ(SCC)に対する感受性を評価するために、真空中での引張試験及び高温水中での低ひずみ速度引張試験(SSRT)を行った。HIP接合材は引張強度の低下及び溶存酸素を含む水中でのSCC感受性を示さなかった。熱鋭敏化したHIP接合材はクレビス条件下でわずかにSCC感受性を示した。これらのことから、接合部位での強度は母材合金と同等であると言える。

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