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論文

HTTR環状炉心の炉心解析モデルの検討

野尻 直喜; 半田 雄一*; 島川 聡司; 後藤 実; 金子 義彦*

日本原子力学会和文論文誌, 5(3), p.241 - 250, 2006/09

HTTRの環状炉心実験から過剰反応度の実験値と解析値のずれは最大で3%Dk/kに達することが明らかになった。このずれを改良するためにHTTR環状炉心のパラメータ解析を行った。炉心解析にはSRACコードシステムを用いた。解析の結果として、環状炉心の過剰反応度に以下のものが影響を与えることが明らかになった。(1)炉心拡散計算のメッシュ間隔,(2)燃料格子計算の黒鉛領域のメッシュ構造,(3)ブノアの非等方拡散係数。以前報告された有意に大きいずれは、改良した環状炉心モデルにより約1%Dk/kに減少した。

論文

大きな超過倍率決定のための修正法の適用; 燃料追加法実験

長尾 美春; 細谷 俊明; 金子 義彦*

日本原子力学会和文論文誌, 1(2), p.153 - 163, 2002/06

原子炉の大きな正の反応度の決定には、燃料追加法,中性子吸収置換法等の方法が広く用いられている。しかし、これらの全ての測定方法は、超過倍率が15%$$Delta$$kを越える領域に入ると20%程度の系統誤差を生じる可能性が指摘され、この問題を克服する「修正法」についての基本的考え方が提案された。この「修正法」は、現実の炉心において測定される実効増倍率の増分を計算により超臨界が許される仮想の炉心に対する値に転換するものである。本論文では、この「修正法」が大型の試験炉・研究炉に対して実際に適用可能であり、精度良く超過倍率を決定しうることを、JMTRC及びJMTRにおける燃料追加法実験データをモンテカルロコードMCNP4Aによる全炉心計算をもとに理論的に解析することによって明らかにした。

論文

Revised procedure for determining large excess reactivity of reactors

金子 義彦*; 長尾 美春; 島川 聡司

Journal of Nuclear Science and Technology, 36(11), p.988 - 995, 1999/11

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

大きな正の反応度を測定する在来の実験方法(燃料追加法及び中性子吸収置換法)を炉物理の観点から分析した結果、過剰増倍率が20%$$Delta$$k程度になると、いずれの実験手法とも約20%もの系統誤差を生ずる可能性のあることがわかった。この問題を克服するために、実験の解釈を修正する方法を提案する。この修正法では、実測される現実炉心の実効増倍率の増分に計算により求めた変換因子を乗ずることにより、仮想炉心における実効増倍率の増分に変換してから加算することにより過剰増倍率が決定される。修正法を用いると、在来法では避けられなかった系統誤差はほとんど消失する。また、過剰増倍率の評価は、変換因子の計算に使う炉定数の曖昧さにあまり影響されない。本報告は修正法の基本的な成立性を記述するものであり、個々の原子炉へ適用する場合は変換因子の決定には詳細な炉心計算が必要である。

論文

Two proposals for determination of large reactivity of reactor

金子 義彦*; 長尾 美春; 山根 剛; 竹内 光男

JAERI-Conf 99-006, p.316 - 321, 1999/08

原子炉の正及び負の大きな反応度を決定するための2つの方法の提案を行った。正の大きな反応度に関しては、在来の実験方法では過剰増倍率が20%$$Delta$$k程度になると約20%もの系統誤差を生ずる可能性のあることがわかったため、実験の解釈を修正する方法を提案した。この方法では、仮想炉心における実効増倍率の増分として過剰増倍率を決定する。これにより在来法ては避けられなかった系統誤差はほとんど消失する。負の大きな反応度の決定には、制御棒落下法が多く用いられているが、通常の積分係数法による方法では、値を著しく過小評価することが、1点炉近似動特性による解析により明らかになった。この問題を克服するため遅れ時間積分法を提案した。この方法は制御棒落下開始からの中性子計数の積分が完了した後、計算により中性子計数を評価するものであり、-20$の大きな負の反応度を3%の系統誤差で決定することができる。

論文

遅れ積分計数法における補正因子Fの評価

山根 剛; 竹内 光男; 島川 聡司; 金子 義彦*

日本原子力学会誌, 40(2), p.122 - 123, 1998/00

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

負の大きな反応度測定法の一つに制御棒落下法があり、動力炉や試験研究炉において、炉停止余裕の決定等に広く使用されている。制御棒落下法の解釈には外挿法と積分計数法があるが、現在では、精度に優れた後者が適用される場合が多い。一方、最近では高温工学試験研究炉(HTTR)の臨界試験をひかえて、制御棒の落下時間の影響を取り入れる必要のあることが明らかにされ、遅れ積分計数法が著者等により提案された。今回、実用的な観点から、その遅れ積分計数法において用いる補正因子Fの数値を代表的な実験条件に対して図表にまとめた。

報告書

正の大きな反応度測定における修正法の実炉への適用; JMTRCにおける超過倍率測定の修正法による解析

長尾 美春; 島川 聡司; 金子 義彦*

JAERI-Research 97-048, 59 Pages, 1997/07

JAERI-Research-97-048.pdf:1.82MB

燃料追加法、中性子吸収置換法等の方法が原子炉の大きな正の反応度の決定に広く用いられている。しかし、これらの全ての測定方法は、過剰反応度が15%$$Delta$$Kを越える領域に入ると20%程度の誤差を免れないという指摘があり、この問題を克服するための「修正法」についての基本的考え方が提案された。この「修正法」は、現実の炉心における実効倍率の増分を仮想の炉心の実効倍率に計算により転換するものである。本論文では、この「修正法」が大型の試験炉・研究炉に対して実際に適用可能であることを、JMTRCにおける超過倍率測定実験データを理論的に解析することによって明らかにした。解析には、モンテカルロコードMCNP4Aによる全炉心計算が全面的に用いられた。また、「修正法」とこれまで使用されてきた在来の評価法との関係も解明した。

報告書

正の大きな反応度測定における修正法の提案

金子 義彦*; 島川 聡司; 長尾 美春; 山下 清信; 竹内 光男; 山根 剛

JAERI-Research 97-003, 70 Pages, 1997/02

JAERI-Research-97-003.pdf:1.79MB

燃料追加法及び中性子吸収置換法を含む、大きな正の反応度を測定する在来の実験方法を炉物理の観点から分析した。その結果、超過倍率が約15%$$Delta$$Kを超える領域に入るといずれの実験手法共約20%もの系統誤差を生ずる可能性のあることがわかった。この問題を克服するために、実験の解釈の修正を提案した。この修正法では、実測される現実炉心の実効増倍率の増分に転換してから加算することにより超過倍率が決定される。当然のことながらこの指導原理において修正因子fは超過倍率ができるだけ正確に求められるものが選択される。修正法を用いると、在来法では避けられなかった系統誤差はほとんど消失する。また、超過倍率の評価は、修正因子fの計算に使う炉定数の曖昧さにあまり影響を受けない。本報告は修正法の基本的な成立性を記述するものである。

論文

Experimental verification and analysis of neutron streaming effect through void holes for control rod insertion in HTTR

秋濃 藤義; 竹内 素允; 小野 俊彦; 金子 義彦

Journal of Nuclear Science and Technology, 34(2), p.185 - 192, 1997/02

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

高温工学試験研究炉(HTTR)の制御棒カラムには、それぞれ制御棒を挿入するために3個のボイド孔がある。これらのボイド孔からの中性子ストリーミング効果を評価するため、高温ガス炉臨界実験装置(VHTRC)において、模擬したボイド孔の反応度価値をパルス中性子法を用いて測定した。ボイド孔の反応度価値は中性子生成時間の変化の補正を考慮した修正King-Simmons式で求めた。測定結果を核データにENDF/B-IVを用いたBenoist'sの非等方拡散係数による計算結果と比較した。この結果、ボイド孔の反応度価値は等方拡散係数を用いて得られる反応度価値の約2倍にまで大きくなること、また、等方拡散係数による反応度価値を超える成分を中性子ストリーミング効果として定義すると、この効果は炉心領域において11%程度、反射体領域において32%程度過大評価されることが明らかになった。このためHTTR初臨界炉心においては、ボイド孔からの中性子ストリーミングによる反応度の低下は1%$$Delta$$k程度に止まると評価される。

論文

宇宙炉の現在

金子 義彦*

日本航空宇宙学会誌, 44(515), p.681 - 690, 1996/12

我が国の宇宙開発委員会は宇宙開発政策大綱を改訂し、地球観測及び宇宙環境利用の充実のほか月探査等を宇宙開発の目標とした。月面にエネルギー基地を構築したり、人を惑星に送るなど、これまでよりもう一段高度の発展を図ろうとすると動力の増大に対処するため、原子力の利用を本格的に取り入れる必要が生ずるのではなかろうか。米国自体の取り組みが問題であるが、クリントン政権の宇宙開発への原子力利用への消極姿勢を反映してSP-100計画が1993年に大幅に減速し、ロシヤとの協力によるトパーズIIの増力計画も不透明とされるにいたった。1989年のブッシュ大統領の有人火星探査計画の提案については、今日まで具体的な展開はない。宇宙原子力利用の現在の課題の一つは、二次大戦以降、蓄積してきた技術・経験をどうやって来世紀の科学者、技術者に伝承するかである。

論文

自然との共存のための原子力-高温ガス炉

金子 義彦*

原子力工業, 42(3), p.51 - 59, 1996/00

来世紀においては、人間の社会活動の拡大はエネルギー・資源の有限性と環境の保全問題から強い拘束を受けるというトリレンマの指摘がなされるにいたった。自然との共存の道は人間の英知が探しあてないといけないのであるが、英知の負うものは重い。人間の社会活動の増大により来世紀中葉までにエネルギー消費は倍増しようとしているが、一方では化石燃料の枯渇が懸念されると共に、CO$$_{2}$$による地球温暖化現象を中心とした環境保全問題が台頭している。本論文では、人類の持続的成長を可能にするために原子力エネルギー利用の拡大、特に核熱利用を主たる役割とする高温ガス炉の投入が切り札の一つとなりうることを述べた。核熱利用の分野は石炭のガス化、水素製造、石油精製、輸送燃料生産のほか地域暖房等である。日本原子力研究所では高温ガス炉技術の開発、先端的基礎研究のため高温工学試験研究炉の建設を進めている。

論文

制御棒落下実験における遅れ積分計数法

金子 義彦*; 山根 剛; 島川 聡司; 山下 清信

日本原子力学会誌, 38(11), p.907 - 911, 1996/00

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

積分計数法は原子炉の臨界未満度を決定する制御棒落下実験で広く使用されてきた。制御棒の挿入開始にともなって起る中性子密度の減衰は、その挿入度が低いと遅れる。一点動特性に基づく解析によると、これまで使われてきた積分計数法では、たとえ挿入時間が1~2秒の領域でも反応をかなり過小評価してしまう。高温工学試験研究炉(HTTR)については挿入時間は4~6秒に拡大される。この問題に対処するため遅れ積分計数法を提案する。この方法では、制御棒の落下が完了してから積分計数を始め、また、それ以前の計数に対する補正は瞬時挿入を仮定した一点炉動特性モデルを用いた計算により実施する。その理由は、制御棒落下の遅れの中性子密度減衰の遅れへの影響はその時点でほとんど消失するからである。この方法によれば20ドルもの大きな負の反応度が系統誤差2%の範囲で決定し得る。

論文

Conceptual design of transmutation plant

滝塚 貴和; 高田 弘; 神野 郁夫; 西田 雄彦; 赤堀 光雄; 金子 義彦

LA-12205-C, p.707 - 721, 1991/11

高エネルギー陽子加速器と未臨界TRU燃料炉心を組み合わせたTRU消滅処理プラントの概念検討を行った。炉心はTRU合金燃料から構成され、ナトリウムで冷却される。1.5GeV、39mAの陽子ビームが炉心中心のタングステンターゲットに入射される。炉心で年間250kgのTRUが消滅し、820MWの熱出力が発生する。このプラントは蒸気タービンを用いて246MWの電力を発生し、加速器電力を自給することが可能である。

論文

Intense proton accelerator development program

水本 元治; 長谷川 和男; 横堀 仁*; 美濃 浩志*; 田中 秀樹*; 奥村 義和; 金子 義彦

LA-12205-C, p.736 - 752, 1991/11

陽子加速器を用いた放射性廃棄物消滅処理を実用化するに当って各種工学試験を行うための工学試験用加速器(ETA,1.5GeV,10mA)の開発が不可欠である。原研ではETAの本格的設計製作に先立ち、低エネルギー加速部、技術開発用加速器(BTA,10MeV,10mA)の要素技術開発を開始した。R&Dの主要なテーマは、大電流イオン源、RFQ,DTL及び高周波源である。本専門家会議では、開発計画の概要とスケジュール、検討の進んでいる各加速器要素の設計計算結果(電磁場分布、ビームダイナミックス、熱分布)イオン源要素技術開発の測定結果、高周波源の検討結果を報告する。

論文

原研技術開発用加速器(BTA)のDTL設計検討

横堀 仁*; 水本 元治; 長谷川 和男; 美濃 浩志*; 迫川 邦俊*; 金子 義彦

Proc. of the 16th LINEAR Accelerator Meeting in Japan, p.127 - 129, 1991/09

原研でオメガ計画の一環として開発を進めている技術開発用加速器(BTA)のDTL(ドリフトチューブリニアック)に関し、最適な構造概念を検討した。本DTLの基準仕様は、入射エネルギー2MeV、出口エネルギー10MeV、ピーク加速電流100mA、デューティ10%、加速周波数200MHzである。本検討では基準仕様を満たすことの他に、更に将来の大強度陽子加速器建設に備えて、DTL出口ビームの高品質化や工学施設としての信頼性向上を目指す検討を行い、当面のR&D課題を摘出した。ドリフトチューブの電磁石の発熱抑制・除熱対策ならびに高デューティー用RF入力カップラーの冷却方法の検討とハイパワーテストによる耐熱性及び放電対策の確認等が残された主要課題である。

論文

原研大強度陽子加速器の要素技術開発

水本 元治; 長谷川 和男; 横堀 仁*; 美濃 浩志*; 田中 秀樹*; 奥村 義和; 小栗 英知; 村田 裕彦*; 迫川 邦俊*; 金子 義彦

Proc. of the 16th LINEAR Accelerator Meeting in Japan, p.121 - 123, 1991/09

「OMEGA計画」の一環として、放射性廃棄物消滅処理研究のための工学試験用加速器(ETA,1.5GeV,10mA)建設が提案されている。原研では、開発の第一歩として、初段加速部における大電流化と、ビーム質向上を図るため技術開発用加速器(BTA,10MeV,10mA)の建設を計画し、加速器主要要素についてのR&Dを開始した。開発項目は、イオン源、RFQ,DTL,RF源である。イオン源の開発では、100mAのCW電流を加速するために、マルチカスプ型ECRイオン源のテストを開始した。RFQ,DTLの設計では、電磁場計算コードによる電場分布やRF発熱等の計算を実施している。RF源についても、1MW級の増幅器についての検討を行っている。

論文

原研技術開発用加速器(BTA)のRFQ検討

長谷川 和男; 水本 元治; 横堀 仁*; 美濃 浩志*; 金子 義彦

Proc. of the 16th LINEAR Accelerator Meeting in Japan, p.124 - 126, 1991/09

原研では、核破砕反応を用いた超ウラン元素消滅処理のための大電流陽子加速器として、工学試験用加速器の開発計画を進めている。この開発の第一歩として、入射器部分の試験を行う技術開発用加速器のRFQ(高周波四重極型リニアック)に関する設計検討を行った。本報告では、RFQの設計に必要な基本パラメータ(タイプ、加速周波数、エネルギーなど)の選択や、RFQ設計計算コード(CURLI,RFQUIK)による設計の過程、ビームシミュレーションコード(PARMTEQ)による透過率やエミッタンスの計算、電磁場解析コード(SUPERFISH)や汎用熱計算コードによる検討結果を示した。

報告書

大強度陽子加速器計画

金子 義彦; 水本 元治; 西田 雄彦; 中原 康明; 岩本 昭; 舩橋 達; 数又 幸生; 竹田 辰興; 星 三千男; 篠原 伸夫; et al.

JAERI-M 91-095, 137 Pages, 1991/06

JAERI-M-91-095.pdf:4.2MB

陽子加速器の長半減期核種の消滅処理への適用について、昭和63年原子力委員会は群分離消滅処理研究の強化を求める決定を行い、これに従い、科学技術庁はオメガ計画を発足させた。一方OECD/NEAも国際協力計画をまとめた。このような情勢に対応するため、原子炉工学部は物理部、核融合研究部、化学部の協力を得て、大型加速器の性能、その開発手順、加速器利用研究計画などについて検討を進め、大強度陽子加速器計画としてまとめた。この計画の目標は、1.5GeV、10mAの工学試験用加速器である。技術開発用加速器(10MeV,10mA)の建設を中心にした大出力化のための技術開発ステップと工学試験用加速器の構成についてのデザインを示した。さらにこの加速器によって拓かれる核物理、核データ、固体物理、核融合、核化学等の基礎科学領域における先端研究についての展望をまとめた。

論文

Conceptual design of transmutation plant

滝塚 貴和; 高田 弘; 神野 郁夫; 西田 雄彦; 赤堀 光雄; 金子 義彦

Proc. of the Workshop on Nuclear Transmutation of Long-lived Nuclear Power Radiowastes, p.79 - 93, 1991/00

日本のオメガ計画、原研における群分離・消滅処理に関する研究開発計画を紹介するとともに、大強度陽子加速器と未臨界TRU燃料炉心を組み合わせたTRU消滅処理プラントの概念設計の概要及び核熱計算結果を報告する。このプラントは1.5GeV、39mAの陽子加速器とナトリウム冷却TRU合金燃料炉心を用いて、熱出力3000MWの軽水炉10基から発生するTRUを消滅処理し、蒸気タービン発電を行って加速器電力を十分自給することができる。

報告書

Core design study for hybrid type trans-uranium nuclides incineration plant, Part 1; Concept

高田 弘; 神野 郁夫; 滝塚 貴和; 赤堀 光雄; 西田 雄彦; 金子 義彦

JAERI-M 90-131, 18 Pages, 1990/08

JAERI-M-90-131.pdf:0.59MB

原子力エネルギーが環境保全の観点からクリーンであるという社会的理解を得るために必要なことの一つに放射性廃棄物処理の技術を確立することがある。ここでは、大強度陽子加速器により駆動される超ウラン元素消滅プラントの炉心設計研究を行なった。標準炉心は、Am-Cm-Pu-YとNp-Pu-Zrの金属燃料とタングステンターゲットより成り、液体ナトリウムで冷却されている。この炉心では、100万キロワット電気出力の軽水炉7.6基分の超ウラン元素を消滅する能力があることが示された。また、燃料体が1000MWD/tonの燃焼度に耐えると仮定すると、初期炉心に装荷した$$^{237}$$Npの中、36%が消滅されることになる。この間の反応度の変動は5.3%$$Delta$$k/kであり、十分臨界未満に保たれる。

論文

第2回原子力先端研究国際シンポジウム; 加速器による新展開

金子 義彦; 河原崎 雄紀; 工藤 博司; 杉本 昌義; 鈴木 康夫; 田中 俊一; 中村 知夫; 永島 孝; 西田 雄彦; 野田 健治; et al.

日本原子力学会誌, 32(6), p.578 - 582, 1990/06

1990年1月24日~26日の3日間、水戸プラザホテルで「第2回原子力先端研究国際シンポジウム」が開催された。本シンポジウムでは、2つのセッションでそれぞれ7件及び10件の招待講演が行われ、112件のポスター発表があった。またパネル討論として、「原子力と加速器-強力中性子源、強陽子源によるブレークスルーへの期待」が論じられた。加速器及び原子力に携わる研究者の積極的交流を通じて、加速器の応用による原子力研究の新たな展開が期待されるシンポジウムであった。

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