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論文

Determination of reactivity and neutron flux using modified neural network for HTGR

Subekti, M.*; 工藤 和彦*; 鍋島 邦彦; 高松 邦吉

Atom Indonesia, 43(2), p.93 - 102, 2017/08

HTTR炉心の中心制御棒を引き抜く反応度添加抜試験を評価する際、1点炉近似の動特性モデルを用いた解析手法は、最も汎用的である。一方、制御棒が引き抜かれると同時に、将来の反応度および中性子束の変化予測値を速やかに出力するには、非常に速い処理速度を持つ別の解析手法を必要とする。そこで、Time Delayed Neural Network (TDNN)とJordan Recurrent Neural Network (JordanRNN)を組み合わせ、新たにTD-Jordan RNNというニューラルネットワーク・モデルを作成し、HTTRの試験データをオフラインで十分学習させた。その結果、反応度添加試験時の反応度および中性子束の変化予測値を速やかに出力することができた。

論文

高速炉自然循環崩壊熱除去時炉心内熱流動現象に対するプラント動特性解析コードの適用性に関する研究

浜瀬 枝里菜; 堂田 哲広; 鍋島 邦彦; 小野 綾子; 大島 宏之

日本機械学会論文集(インターネット), 83(848), p.16-00431_1 - 16-00431_11, 2017/04

日本原子力研究開発機構では、ナトリウム冷却高速炉の設計及び安全評価用の解析手法の1つとしてプラント動特性解析コードSuper-COPDを開発している。本研究では、自然循環時の炉心内ナトリウム温度分布の予測精度を向上させるため、燃料集合体内摩擦損失係数導出方法の見直しを行った。本解析コードの妥当性確認の一環として、ナトリウム試験装置PLANDTLを用いた自然循環崩壊熱除去運転模擬試験の解析を実施したところ、炉心内ナトリウム温度分布の解析結果は試験結果とよく一致した。これにより、本解析コードが自然循環時の主要な炉心内熱流動現象である燃料集合体内/間の流量再配分、集合体間熱移行を適切に再現できることを示した。

論文

高速炉自然循環時炉心内熱流動現象に対するプラント動特性解析コードの妥当性確認

浜瀬 枝里菜; 堂田 哲広; 鍋島 邦彦; 小野 綾子; 大島 宏之

第21回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集(USB Flash Drive), 2 Pages, 2016/06

高速増殖炉の自然循環時炉心内では浮力や熱伝導の効果が卓越し、燃料集合体間/内流量再配分、集合体間熱移行、集合体間ギャップ部流れといった炉内熱流動現象が重要になる。日本原子力研究開発機構では、自然循環崩壊熱除去時の炉心最高温度を精度よく評価するため、これらの現象を考慮できる全炉心熱流動モデルを組み込んだプラント動特性解析コードSuper-COPDの整備を行っている。本報では、7本の模擬燃料集合体から成るナトリウム試験装置を用いた自然循環試験の解析を実施し、集合体間熱移行現象に関する本モデルの妥当性を確認した。

論文

Analysis of natural circulation tests in the experimental fast reactor JOYO

鍋島 邦彦; 堂田 哲広; 大島 宏之; 森 健郎; 大平 博昭; 岩崎 隆*

Proceedings of 16th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-16) (USB Flash Drive), p.1041 - 1049, 2015/08

安全性の観点から、ナトリウム冷却高速炉において、自然循環による崩壊熱除去は、最も重要な機能のひとつである。高速炉の炉心冷却は、循環ポンプによる強制対流ではなく、冷却材の温度差による自然循環冷却が可能なように設計される。一方で、低流量である自然循環時のプラント挙動を正確に把握するのは困難である。ここでは、高速実験炉JOYOで行われた自然循環試験のデータを用いて、プラント動特性解析コードSuper-COPDの妥当性確認を行った。4つの空気冷却器を含めたほとんど全ての機器をモデル化し、かつ炉心内の全集合体をモデル化して、自然循環時のシミュレーションを行った結果、100MWからのスクラム後から自然循環状態に移行するまでのプラント挙動を適切にシミュレーションできることが明らかになった。

論文

Safety improvement in building layout design to meet the safety design criteria for the Generation IV SFR

加藤 篤志; 近澤 佳隆; 鍋島 邦彦; 岩崎 幹典*; 秋山 洋*; 大矢 武明*

Proceedings of 2015 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2015) (CD-ROM), p.593 - 600, 2015/05

JSFRは先進ループ型ナトリウム冷却高速炉である。福島事故後、安全対策の強化が、主に崩壊熱除去系、使用済燃料プール、非常用電源設備などにおいて実施された。本稿は、これらの安全強化策と整合した建屋配置設計における基本的考え方を示す。シビアアクシデントに対する耐性強化の観点から、航空機衝突と続く火災、地震と続く津波などを想定し、これらを起因とする安全設備の喪失を防ぐための検討が実施された。この結果、崩壊熱除去系のうち少なくとも1系統は生き残り、非常用電源も使用可能とでき得る概念が示された。

論文

JSFR design progress related to development of safety design criteria for generation IV sodium-cooled fast reactors, 4; Balance of plant

近澤 佳隆; 加藤 篤志; 鍋島 邦彦; 大高 雅彦; 鵜澤 将行*; 猪狩 理紗子*; 岩崎 幹典*

Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 8 Pages, 2015/05

JSFR実証施設のBOP設備として燃料取扱設備、電源設備、空調・補機冷却系、建屋配置等を対象として、SDCを満足するため設計方針と評価についてまとめた。燃料貯蔵設備については原子炉冷却系と同様の考え方による除熱系の多重・多様化の強化、電源設備については従来の非常用電源の強化に加え代替非常用電源の追加、空調・補機冷却系:安全系機器の依存関係の明確化、多様化の観点から崩壊熱除去を海水冷却で行った場合の影響評価、建屋配置については外部事象評価の概要(地震,津波,風,雪)、分散配置方針、漏えい対策等を中心に安全設計クライテリア及びそのガイドラインの設定の背景となった評価結果を報告する。

論文

Reliability improvement of JSFR emergency power supply system

鍋島 邦彦; 相澤 康介; 近澤 佳隆; 佐藤 大輔*; 猪狩 理紗子*

Proceedings of 2014 International Congress on the Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2014) (CD-ROM), p.600 - 606, 2014/04

JSFRは、崩壊熱除去装置として自然循環を採用しているため、非常用電源の容量削減や瞬時の起動の必要がないことが長所となっている。しかし、福島原子力発電所事故の後、外的事象などに対するJSFR電源設備の信頼性向上を目的として、非常用電源設備構成の再検討を実施している。長時間の全交流電源喪失(SBO)時におけるclass 1E設備維持のため、除熱失敗事象(LOHRS)に対するAM設備用(non-class 1E)GTGと、小型空冷式ディーゼル発電機と鉛蓄電池からなる代替非常用電源設備を新たに追加した。

論文

Design study of nuclear power systems for deep space explorers, 1; Criticality of low enriched uranium fueled core

久語 輝彦; 秋江 拓志; 山路 哲史; 鍋島 邦彦; 岩村 公道; 秋本 肇

Proceedings of 2009 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '09) (CD-ROM), p.9371_1 - 9371_8, 2009/05

原子炉と熱電変換素子の組合せによる電力供給システムは、深宇宙探査機の推進用システムの有望な概念と考えられる。本システムでは核拡散抵抗性の観点から低濃縮ウラン燃料を使用することとし、低濃縮ウラン燃料炉心の臨界性を調査した。燃料として酸化物燃料,窒化物燃料及び金属燃料を、減速材として、ジルコニウムやイットリウムの金属水素化物,ベリリウム,ベリリウム化合物,黒鉛を対象とした。反射体として、ベリリウム,ベリリウム酸化物,ベリリウム化合物,黒鉛を考慮した。燃料,減速材及び構造材の割合及び反射体厚さを変えながら低濃縮ウラン燃料炉心の臨界性を調査した。原子炉重量の低減を目指すうえで、高速中性子スペクトルの炉心より熱中性子スペクトルの炉心が、また減速材としてベリリウムや黒鉛よりも金属水素化物が良好であるとわかった。窒化物燃料,イットリウム水素化物減速材及びベリリウム反射体を組合せた原子炉の重量は、約500kgとなった。

論文

Design study of nuclear power systems for deep space explorers, 2; Electricity supply capabilities of solid cores

山路 哲史; 滝塚 貴和; 鍋島 邦彦; 岩村 公道; 秋本 肇

Proceedings of 2009 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '09) (CD-ROM), p.9366_1 - 9366_8, 2009/05

本研究では、深宇宙探査機の推進用として、固体原子炉と熱電変換素子を組合せた発電システムの設計を行った。具体的には、以下の3種類のシステムについて、電気出力,放熱器質量、及びヒートパイプと熱電変換素子の作動温度範囲を評価した。3種類のシステムは、固体熱伝導のみで冷却するsolid thermal conduction (STC)システム,炉心表面をヒートパイプで冷却するcore surface cooling with heat-pipes (CSHP)システム,炉心内部を直接ヒートパイプで冷却するcore direct cooling with heat-pipes (CDHP)システムである。その結果、これらのシステムは、従来、宇宙での電力源として欠如していた電気出力1から100kWeの範囲を広くカバーできることが明らかになった。特に、ヒートパイプ及び熱電変換素子の使用温度範囲は広く、比較的に低温領域までカバーしている。これは、機器の選択範囲の拡大,新規開発要素の低減,信頼性の向上の観点から望ましいことであり、本概念の早期実現に有利である。

論文

改良界面追跡法による燃料集合体内流路閉塞効果実験解析

吉田 啓之; 鈴木 貴行*; 鍋島 邦彦; 高瀬 和之

日本機械学会関東支部第15期総会講演会講演論文集, p.105 - 106, 2009/03

燃料棒間隔が現行軽水炉の燃料集合体と比較して著しく小さい稠密燃料集合体では、燃料棒曲がりなどに伴う流路閉塞の効果が除熱性能に与える影響を評価する必要がある。原子力機構では、流路閉塞の効果を、そのメカニズムも含めて把握することを目的として、中性子ラジオグラフィによるボイド率測定実験と詳細二相流解析コードTPFITによる数値解析を行っている。本報告では、燃料集合体内流路閉塞効果実験を模擬して実施した数値解析の結果を示す。流路閉塞により流路断面積が減少した領域では加速による流速増加によって複雑な流動現象を生じることがわかった。

報告書

ニューラルネットワークに基づくHTTR850$$^{circ}$$C 30日間運転時の運転監視

清水 厚志; 鍋島 邦彦; 中川 繁昭

JAEA-Technology 2008-082, 44 Pages, 2009/01

JAEA-Technology-2008-082.pdf:3.77MB

高温工学試験研究炉(HTTR)は、初めて30日間の定格運転(原子炉出口冷却材温度850$$^{circ}$$C)を平成19年3月27日から4月26日にかけて実施した。本運転において、ニューラルネットワークを用いた運転監視モデルによりHTTRの監視を行い、定格出力時における状態量の微少な変動の検知性能について検証した。運転監視に用いたニューラルネットワークは、3層構造の階層型で31入力31出力、隠れ層が20ユニットから形成されるオートアソシアティブネットワークで、学習則には誤差逆伝播法を用いた。運転監視モデルについては、原子炉出力30%$$sim$$定格運転間の出力上昇中のデータをランダムに学習させて初期学習モデルを構築し、定格運転時の原子炉の燃焼等に伴う状態量の変化に合わせて、初期学習モデルの内部構造を変えていく適応学習を行いながら運転監視を行った。その結果、制御系動作による微少な状態量の変動等を検知し、原子炉施設の早期異常診断に適用できる見通しを得た。

論文

Integrated on-line plant monitoring system for HTTR with neural networks

鍋島 邦彦; Subekti, M.*; 松石 智美*; 大野 富生*; 工藤 和彦*; 中川 繁昭

Journal of Power and Energy Systems (Internet), 2(1), p.92 - 103, 2008/00

HTTR(熱出力30MW)のオンライン監視システムにニューラルネットワークを適用した。本システムでは、幾つかのニューラルネットワークがそれぞれ独立に、異なる構成,入出力信号,学習則で、プラント動特性をモデル化している。その中の1つである自己相関型多層パーセプトロン(MLP)は、正常な運転データのみで学習を行い、プラント全体に渡る信号を予測することで、リアルタイム監視を行うものである。その他のネットワークは、オンラインでの反応度予測及び監視,ヘリウムリークの監視を行う。オンラインテストの結果から、それぞれのニューラルネットワークが精度良い予測と信頼性のある異常検知をできることが示された。

論文

Development of anomaly diagnosis method using neuro-expert for PWR monitoring system

Subekti, M.*; 工藤 和彦*; 鍋島 邦彦

Proceedings of International Conference on Advances in Nuclear Science and Engineering (ICANSE 2007) (CD-ROM), p.53 - 63, 2007/11

大きくて複雑なPWRの運転監視システムは、多数のプラント信号によるダイナミックシステムであるため、その監視は困難である。監視システムの中に統合されたニューラルネットワークによる異常検知は、従来の警報装置より早い段階で異常を検知することで原子炉の安全性を向上させる。監視システムのタスクを完全なものにするため、エキスパートシステムによるオンライン異常診断を考慮する。開発したニューラルネットワークとエキスパートシステムの組合せ(ニューロエキスパート)は、PWRシミュレータでの幾つかの異常事象でテストされ、従来の警報装置より早く異常を検知し、診断することができた。

論文

Real-time HTTR condition monitoring with neural networks

鍋島 邦彦; 中川 繁昭; 牧野 純*; 工藤 和彦*

Proceedings of International Symposium on Symbiotic Nuclear Power Systems for 21st Century (ISSNP) (CD-ROM), p.142 - 147, 2007/07

2つのタイプのニューラルネットワークを用いて、HTTRの実時間状態監視を行った。自己相関型多層パーセプトロン(MLP)で、プラント全体の動特性をモデル化し、いろいろな種類の異常事象を検知することができた。もう一つのニューラルネットワークは、MLPが異常を検知した後、ヘリウム漏洩の発生時間と漏洩量を推定することができる。

論文

Integrated on-line plant monitoring system for HTTR using neural networks

鍋島 邦彦; 松石 智美*; 牧野 純*; Subekti, M.*; 大野 富生*; 工藤 和彦*; 中川 繁昭

Proceedings of 15th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-15) (CD-ROM), 6 Pages, 2007/04

HTTR(熱出力30MW)のオンライン監視システムにニューラルネットワークを適用した。本システムでは、幾つかのニューラルネットワークがそれぞれ独立に、異なる構成,入出力信号,学習則で、プラント動特性をモデル化している。その中の1つである自己相関型MLPは、正常な運転データのみで学習を行い、プラント全体に渡る信号を予測することで、リアルタイム監視を行うものである。そのほかのネットワークは、オンラインでの反応度予測及び監視,ヘリウムリークの監視を行う。オンラインテストの結果から、それぞれのニューラルネットワークが精度良い予測と信頼性のある異常検知をできることが示された。

論文

Development of on-line monitoring system for Nuclear Power Plant (NPP) using neuro-expert, noise analysis, and modified neural networks

Subekti, M.*; 大野 富生*; 工藤 和彦*; 鍋島 邦彦; 高松 邦吉

Proceedings of 5th American Nuclear Society International Topical Meeting on Nuclear Plant Instrumentation, Controls, and Human Machine Interface Technology (NPIC & HMIT 2006) (CD-ROM), p.75 - 82, 2006/11

ニューロエキスパートは過去の加圧水型原子炉(PWR)の監視システムの研究において利用されてきた。その研究において、ニューロエキスパート,一般的なノイズ分析及び改良したニューラルネットワークは監視システムを改善してきた。また、平行法の適用においては、リアルタイム処理を機能させるためにコンピュータネットワークの分散型アーキテクチャを必要とした。本研究においては、センサー劣化を検出できる監視システムの改良、及び高温工学試験研究炉(HTTR)の監視の実証を目的とする。PWRのオンラインシミュレータ、及びRSG-GAS(インドネシアの30MW研究炉)でテストされた手法をもととして改良した本監視システムは、さらに複雑なHTTRの監視に十分活用できると思われる。

論文

On-line reactor monitoring with neural network for RSG-GAS

鍋島 邦彦; Kurnianto, K.*; Surbakti, T.*; Pinem, S.*; Subekti, M.*; 水口 祐介*; 工藤 和彦*

Proceedings of ICSC Congress on Computational Intelligence Methods and Applications (CIMA'2005) (CD-ROM), 4 Pages, 2005/12

ANNOMA (Artificial Neural Network of Monitoring Aids)システムを、インドネシアにある多目的原子炉(RSG-GAS)の状態監視と信号評価に適用した。フィードフォワードネットワークで原子炉の正常運転データを学習し、原子炉の動特性をモデル化する。本手法は、実際の原子炉からの測定信号とニューラルネットワークモデルによる推定値の偏差を監視することで、異常検知を行うことである。各信号の偏差のパターンから異常判別(センサ故障かシステムの異常)も可能となる。オンラインによるテスト結果から、出力上昇及び定常運転時の原子炉状態をリアルタイムで監視することに成功した。

論文

Full integrated system of real-time monitoring based on distributed architecture for the High Temperature Engineering Test Reactor (HTTR)

Subekti, M.*; 大野 富生*; 工藤 和彦*; 高松 邦吉; 鍋島 邦彦

Proceedings of International Conference on Nuclear Energy System for Future Generation and Global Sustainability (GLOBAL 2005) (CD-ROM), 6 Pages, 2005/10

本報告では、分散型アーキテクチャに基づいた新しい全統合監視システムを提案する。この監視システムは分散型アーキテクチャを採用しており、その監視作業はセントラルサーバーによってクライアントPCに分散される。この分散型アーキテクチャを用いることで処理能力が最大限に発揮され、監視作業が重く回線容量の不足を引き起こした場合でも、リアルタイム処理の連続性を弱めることはない。また、この監視システムは、信号処理モジュールをメインシステム内に統合しており、そのメインシステムはクライアントPCにTCP/IPを通して監視作業を分散させている。メインシステムとクライアントPC間の信号処理は、監視作業が効率的に分散化されるよう最適化されている。さらに、各々のPCは完全に分離されており、あるPCにおける処理状態は決して他のPCに影響を与えない。

報告書

第7回低減速軽水炉研究会報告書; 2004年3月5日,東海研究所,東海村

秋江 拓志; 鍋島 邦彦; 内川 貞夫

JAERI-Conf 2005-009, 153 Pages, 2005/08

JAERI-Conf-2005-009.pdf:14.7MB

「低減速軽水炉研究会」は、原研が革新的水冷却炉として研究を進めている低減速軽水炉について、研究の効率的推進に資することを目的とし、所内関連部門の研究者と所外研究者とが情報交換を行う場として、平成10年3月の第1回会議以来毎年開催しているものである。第7回となる今回の研究会プログラムは、講演5件と総合討論により構成されている。本報告書は、各講演の論文と質疑応答集、及び総合討論の議事録を掲載するとともに、付録として各発表者が使用したプレゼンテーション資料を添付した。

論文

ニューラルネットワークを用いたHTTR制御棒引抜き試験の事前解析手法

大野 富生*; Subekti, M.*; 工藤 和彦*; 高松 邦吉; 中川 繁昭; 鍋島 邦彦

日本原子力学会和文論文誌, 4(2), p.115 - 126, 2005/06

日本原子力研究所の高温工学試験研究炉(HTTR)では高温ガス炉の安全性実証を目的とした制御棒引き抜き試験が行われている。試験の実施には事前解析が必要で、本報ではニューラルネットワークを用いた原子炉出力及び反応度変化の予測手法について報告する。本研究で提案するのはリカレントネットワーク(RNN)を基本とし、時系列データの処理性能を向上させるため時間同期信号(TSS)を加えたモデルである。ネットワークの入力とするのは中央制御棒位置変化と他の重要な炉心情報で、原子炉出力及び反応度変化を出力とする。学習後、今後の試験における原子炉出力及び反応度変化の予測が可能となる。

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