TVF3号溶融炉運転条件確認試験

朝日 良光; 福田 茂樹; 白水 大貴; 宮田 晃志; 刀根 雅也; 勝岡 菜々子; 前田 裕太; 青山 雄亮; 新妻 孝一; 小林 秀和; et al.

JAEA-Technology 2024-024, 271 Pages, 2025/03

JAEA-Technology-2024-024.pdf:33.98MB
JAEA-Technology-2024-024-hyperlink.zip:31.96MB

東海再処理施設で発生した高レベル放射性廃液のガラス固化に用いるTVF3号溶融炉(以下、3号炉)を製作し、この溶融炉でガラス固化体18本分のガラスを溶融・流下するコールド運転を行った。ガラス原料には、ホット運転で処理するものと同等の廃液成分を非放射性元素で置き換えた模擬廃液とガラスファイバーカートリッジを使うことで、溶融ガラス液面に仮焼層を形成させた。TVF2号溶融炉(以下、2号炉)と3号炉の構造の違いに起因する溶融炉固有の温度特性を考慮し、運転操作に用いるパラメータには、2号炉で使ってきたものを修正して適用した。本試験の結果、溶融炉各部の温度推移を確認しながら適切に運転できるパラメータ値を見出すことができ、2号炉のコールド運転に比べ、溶融ガラス温度は高く、二つある主電極の冷却は片側あたり約1kW小さいとき、安定的に運転できることが分かった。主電極間のジュール加熱電力を39kW、主電極冷却空気流量を26Nm/hで運転し炉底加熱方法を改良することで、流下前の炉底加熱時間をこれまでより2時間短い約5時間で完了できる見通しを得た。運転期間中は、炉内のガラス温度分布やケーシング表面の温度推移を計測し、今後のシミュレーションモデル開発に有効なデータが得られた。炉内の溶融ガラスの白金族元素濃度が飽和した後に、原料供給と流下を2日間停止する保持運転を行い、炉底部への白金族元素の沈降を遅らせる一定の効果があることを確認した。保持運転中に仮焼層の溶融過程を観察し、薄膜状の流動しない層が確認されたことから、流動計算で液面にNo-slip境界条件を設定する根拠を得た。流下ガラスの成分を分析して白金族元素の流下特性を調査した結果、運転中に溶融炉に蓄積する白金族元素の量は2号炉と比較して少なかった。溶融ガラスを全量流下した後の炉内には、残留ガラスやレンガ片などの異物は確認されなかった。白金族元素の蓄積による運転停止を判断する基準は、流下終了から炉底ガラス温度850Cへ低下するまでの時間を10.3h以上、主電極間補正抵抗値を0.12以下と試算したが、今後のホット運転の結果に応じ再検討が必要である。

Investigation of sorption behavior of Cs in a river-sea system boundary area after the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant accident

高田 兵衛*; 脇山 義史*; 和田 敏裕*; 平尾 茂一*; 青野 辰雄*; 中西 貴宏; 御園生 敏治; 尻引 武彦; 青山 道夫*

Marine Chemistry, 262, p.104384_1 - 104384_6, 2024/05

https://doi.org/10.1016/j.marchem.2024.104384

The radiocesium (Cs) distribution between dissolved and particulate phases was examined in river water and coastal seawater as a function of the Cs sorption behavior on suspended particles. Dissolved Cs activity concentrations in the Tomioka River (salinity 0.1) and in coastal seawater at Tomioka fishery port (salinity 30), Fukushima Prefecture, from June 2019 to October 2021 were 3.6-20 Bq/m (geometric mean 11 Bq/m) and 2.4-86 Bq/m (13 Bq/m), respectively. Although the suspended particle concentration was lower in the river (0.2-44 mg/L; geometric mean 2 mg/L) than in seawater (0.8-24 mg/L; 6.4 mg/L), the mean Cs activity on suspended particles was 11,000 Bq/kg-dry in the river versus 3,200 Bq/kg-dry in seawater. Proportions of ion-exchangeable, organically bound, and refractory fractions of Cs on suspended particles were determined by sequential extraction. The ion-exchangeable fraction accounted for 0.3-2.0% (mean 1.2%) and 0.4-1.3% (0.8%) at the river and port sites, respectively. The organically bound fraction accounted for 0.3-4.8% (1.8%) and 0.1-5.5% (2.1%) at the river and port sites, respectively. In both areas, the refractory fraction accounted for 90% of Cs. Unexpectedly, the ion-exchangeable fraction did not differ between the river and port sites, and the percentage at the river site did not vary during the sampling period. Therefore, the ion-exchangeable fraction in the river's lower reach was originally low or had decreased before the particles arrived there. The small labile Cs fraction on suspended particles indicates that the mobility of radiocesium to marine biota in this coastal region is low.

Gamma heating rate evaluation for material irradiation test in the Joyo experimental fast reactor

前田 茂貴; 内藤 裕之; 曽我 知則; 青山 卓史

Nuclear Data Sheets, 118, p.494 - 497, 2014/04

https://doi.org/10.1016/j.nds.2014.04.116

高速炉での発熱の空間分布の評価では、すべての線放出成分を考慮する必要がある。しかし、アクチニド核種の遅発線の生成収率等のデータはJENDLやENDFのような汎用核データライブラリには格納されていない。すべての線生成を考慮するため、JENDL-3.2及びJENDL-4.0に遅発線データを追加した。この修正版のJENDL3.2及びJENDL4.0を用いて、MATXSLIB形式の多群ライブラリを作成した。高速実験炉「常陽」を対象に、固定線源の輸送問題において本ライブラリを適用したところ、線束が遅発線を考慮しない場合に比べて40%増加することが確認できた。また、この計算値の検証として、計測線付実験装置により得られた測定値と比較したところ、3-12%でよい一致を示した。

Development of high sensitive and reliable FFD and sodium leak detection technique for fast reactor using RIMS

伊藤 主税; 荒木 義雄; 内藤 裕之; 岩田 圭弘; 青山 卓史

Proceedings of International Conference on Fast Reactors and Related Fuel Cycles (FR 2009) (CD-ROM), 12 Pages, 2012/00

高速炉プラントの安全性向上を目指して、レーザ共鳴イオン化質量分析法(RIMS)を用いた破損燃料位置検出及びNa漏えい検知技術の高度化に関する研究を進めている。破損燃料位置検出技術の開発では、燃料ピン中に封入されたガスによって燃料集合体を識別するタギング法にRIMSを適用し、カバーガスAr中にわずかに存在するXe及びKrの同位体比を測定する装置を開発して、「常陽」で実施した炉内クリープ破断試験に本装置を適用して破断した試料から放出されたタグガスを分析し、試料を同定した。また、大型化する高速炉の実用化を念頭に、現行のNa漏えい検出器より2桁検出感度を高めることを目標として、エアロダイナミックレンズを用いてNaエアロゾルをビーム形状に収束させて連続的に導入し、レーザアブレーションによりNaエアロゾルを原子化し、RIMSによりNa同位体を検出する装置を開発した。本研究により高速炉プラントの安全性を一層向上させ、高速増殖炉サイクルの実現に寄与していく。

「常陽」原子炉容器内構造物の放射化量とガンマ線量率分布の測定評価

伊東 秀明; 前田 茂貴; 内藤 裕之; 秋山 陽一; 宮本 一幸; 芦田 貴志; 野口 好一; 伊藤 主税; 青山 卓史

JAEA-Technology 2010-049, 129 Pages, 2011/03

JAEA-Technology-2010-049.pdf:6.99MB

「常陽」では、計測線付実験装置の試料部が変形して原子炉容器内の炉内燃料貯蔵ラックから突き出て炉心上部の機器等と干渉しており、「常陽」を再起動するためには、炉心上部機構(UCS)を交換することが不可欠である。そのためには、30余年の使用期間中に放射化し、線量率が数百Gy/hに達するUCSを炉容器内から取り出すための大型キャスクの製作が必要である。炉心から約1.5m上方のUCSの中性子照射量の計算精度を考慮して約1桁の設計裕度を見込むと、キャスクの総重量が取扱いクレーンの最大荷重100トンを超過する約160トンとなり、設備改造や復旧経費の増加が予想された。このため、海外でも実施例の少ない炉容器内の線量率を実測して計算誤差にかかわる設計余裕を低減することによりキャスク遮へい厚さを削減することとした。実機で想定される広域の線量率をカバーし、約200Cの高温環境に耐える線量率測定装置を製作し、Co校正照射施設で線検出器の校正曲線及び温度特性を確認した。炉容器内の他の構造物や集合体の放射線の混成場を考慮して評価するため、UCSと検出器の相対位置やナトリウムの液位を変えた条件で詳細な線量率分布を測定し、解析値で内挿することによりC/E:1.12.4に評価精度を高めた。上記の結果を反映することによりUCS交換キャスクの遮へい厚さを削減でき、総重量を100トン未満とできる見通しが得られたことから、設備改造を要することなくUCS交換が可能となった。

TRU廃棄物の処理・処分技術に関する研究開発; 平成18年度報告

亀井 玄人; 本田 明; 三原 守弘; 小田 治恵; 村上 裕; 増田 賢太; 山口 耕平; 中西 博*; 佐々木 良一*; 市毛 悟*; et al.

JAEA-Research 2007-067, 130 Pages, 2007/09

JAEA-Research-2007-067.pdf:28.78MB

第2次TRUレポートの出版を踏まえ、資源エネルギー庁と日本原子力研究開発機構は、我が国のTRU廃棄物の地層処分に関する基本方針及び事業計画を策定し、公表した。この年報は、TRU廃棄物とその地層処分について概要をまとめつつ、そこに示された個別課題のうち、日本原子力研究開発機構に割り当てられたものについて、その目標と進捗を記すものである。その具体的課題とは次のとおりである。TRU廃棄物の処理及び廃棄体化技術,ニアフィールドの力学評価,核種移行データ取得,セメント・ベントナイト・岩盤の変質,硝酸塩の影響,処分システムの性能評価、さらに代替技術としての硝酸塩分解技術である。

ニアフィールド水理場の長期的変遷評価システム構築に関する研究IV(概要)

奥津 一夫*; 森川 誠司*; 新保 弘*; 畔柳 幹雄*; 佐原 史浩*; 村上 武志*; 青山 裕司*

JNC TJ8400 2005-013, 117 Pages, 2005/02

JNC-TJ8400-2005-013.pdf:3.24MB

本研究では、TRU廃棄物処分システムのニアフィールド水理場の長期的変遷評価システム構築に資するため、人工バリア材料の水理・力学特性の変遷に関して実験的に検討を行い、変遷挙動のモデル化検討を実施した。ベントナイト系材料に関しては、ベントナイト層間のイオン型、ケイ砂含有率および地下水イオン強度が、その力学的・水理的性能に及ぼす影響を把握することを目的として、同一ロットのベントナイトによる一連の室内試験を実施し、ベントナイトの圧密・膨潤特性、せん断特性、水理特性の変遷に関するデータを体系的に取得した。さらに、今後構築していくベントナイトの力学特性変遷評価モデルの妥当性を検証するために積層ベントナイト膨潤試験を実施した。セメント系材料に関しては、浸漬法によってセメント系材料の変質共試体を作製しその物理的・化学的特性を評価した。水セメント比が40%から105%までのセメントペースト試料をイオン交換水に浸漬し、拡散による物理特性(透水係数、圧縮強度)変化について実験的に検討した。

Relativistic laser plasma from micron-sized argon clusters as a debris-free X-ray source for pulse X-ray diffraction

福田 祐仁; 赤羽 温; 青山 誠; 井上 典洋*; 上田 英樹; 中井 善基*; 辻 公一*; 山川 考一; 弘中 陽一郎*; 岸村 浩明*; et al.

Applied Physics Letters, 85(21), p.5099 - 5101, 2004/11

https://doi.org/10.1063/1.1823589

レーザー光(レーザー強度610W/cm,パルス幅30fs)を巨大アルゴンクラスターに照射して発生させたX線を用いてSi(111)結晶からのX線回折実験を行った。発生したHe線(3.14keV)のフォトン数、及び、線幅は、それぞれ、410photons/shot/4sr、及び、3.7eV(FWHM)であった。これらは、時間分解X線回折実験を行うためのデブリフリー光源として十分な値を有している。

ニアフィールド水理場の長期的変遷評価システム構築に関する研究,3

奥津 一夫*; 森川 誠司*; 田口 勝則*; 畔柳 幹雄*; 佐原 史浩*; 高瀬 博康*; 青山 裕司*

JNC TJ8400 2003-086, 426 Pages, 2004/02

JNC-TJ8400-2003-086.pdf:11.01MB

TRU廃棄物処分場のニアフィールド水理場の長期的変遷評価システムの構築に向けた検討として、まず処分場の長期安定性が保たれる条件が成立するための論理構造の作成と評価を実施した。さらに、このシステムの構成要素となる化学的/力学的変遷挙動解析システムについて、昨年度試作したシステムの検証、高度化等の検討を実施し、それらを連成させた長期的変遷評価システムを用いて、先に述べた論理構造の評価に基づいた解析、評価を実施した。

亀裂内不均質性を考慮した流体解析コードの開発

青山 裕司*; 高瀬 博康*

JNC TJ8400 2003-001, 55 Pages, 2003/03

JNC-TJ8400-2003-001.pdf:1.52MB

本研究は詳細な亀裂内部形状をもとに構築した解析モデルについて流体シミュレーションを行うためにセルオートマタ法によるシステムを開発し、セルオートマタ法の適用性について検討を行った。本研究でシミュレーションの対象とする流体は比較的レイノルズ数の低い領域であるので、相対的に計算負荷の低い格子ガスオートマトン法を用い、3次元空間においても対称性があるFCHC メッシュを用いた。選定された手法による流体解析モデルと物質移動モデルを開発し、システムの妥当性を三乗則など理論解が知られた系に適用することにより示した。実際にLABROCK で測定された亀裂形状をもとに作成したモデルへ適用した。また、フラクタル理論に基づいて生成した模擬的な亀裂についてシミュレーションを行い、亀裂の形状と水理特性の関係について整理した。