Interpolation and Extrapolation method to analyze irradiation-induced dimensional change data of graphite for design of core components in Very High Temperature Reactor (VHTR)

柴田 大受; 國本 英治*; 衛藤 基邦*; 塩沢 周策; 沢 和弘; 奥 達雄*; 丸山 忠司*

Journal of Nuclear Science and Technology, 47(7), p.591 - 598, 2010/07

https://doi.org/10.3327/jnst.47.591

超高温ガス炉(VHTR)の炉内には、黒鉛構造物が用いられる。著者らは、HTGRやVHTRの黒鉛構造物についての技術的検討を行い、日本原子力学会「高温ガス炉黒鉛構造物規格化のための調査検討」特別専門委員会での議論を経て、黒鉛構造物の規格原案として取りまとめた。その中で、黒鉛構造物の設計に用いるIG-110黒鉛の寸法変化を含む照射特性変化に関して、H-451黒鉛,ATR-2E黒鉛の照射データを活用し、高速中性子照射量610n/m(E0.1MeV)までの範囲で、IG-110黒鉛の既存の照射データの内外挿により評価曲線を導出することに成功した。本研究では、照射寸法変化データの2次式の内外挿方法の有効性について、3次式との比較検討を行った。その結果、現時点で利用可能なIG-110黒鉛については、提案した2次式による内外挿方法が妥当であることを明らかにした。

高温ガス炉黒鉛構造物の設計用照射データの内外挿法による拡張; IG-110黒鉛構造物の設計用照射データの評価

國本 英治; 柴田 大受; 島崎 洋祐; 衛藤 基邦*; 塩沢 周策; 沢 和弘; 丸山 忠司*; 奥 達雄*

JAEA-Research 2009-008, 28 Pages, 2009/06

JAEA-Research-2009-008.pdf:4.6MB

第4世代原子力システムの有力な候補の一つとして、超高温ガス炉(VHTR)が世界的に注目され研究開発が進められている。我が国では、日本原子力研究開発機構の試験研究炉である高温工学試験研究炉(HTTR)が運転中であり、高温ガス炉の実用化に向けた研究開発が進められている。高温ガス炉の炉内には黒鉛構造物が使用されるが、実用炉における使用条件はHTTRに比べてはるかに厳しいため、十分な照射データベースが整備されていない場合には照射データの拡充が必要である。一方、既存の照射データを活用し、合理的な内外挿方法を用いれば必要なデータベースを確保することができる。本報告書はHTTRで実績があり、VHTR用の主要銘柄であるIG-110黒鉛を対象に、寸法,熱伝導率,縦弾性係数,強度,熱膨張係数の照射効果と定常照射クリープ係数について、合理的な内外挿方法を示したものである。内外挿にあたっては、他銘柄の黒鉛の照射データを活用し、汎用的な方法を導出した。その結果、世界に先駆けてIG-110黒鉛の照射特性をVHTRの使用条件まで拡張することができ、設計に必要な図表を得ることができた。

セラミックスの照射影響に関する基礎調査(その5)

丸山 忠司*

JNC TJ4420 2004-001, 76 Pages, 2004/03

JNC-TJ4420-2004-001.pdf:15.02MB

製法の異なるBC焼結体を用いて、100KeV200KeVまでの低エネルギーおよび15MeVの高エネルギーヘリウムイオンを用い、室温から1000Cまでの温度範囲で照射試験を行った。照射量は最大110の18乗(ion/cm2)であった。とくに、本研究ではBC原料粉末の製法による焼結体組織変化の差、照射環境下のBCの非晶質化、照射誘起析出およびHeバブルの形成挙動について研究した。その結果によると、1)照射前にB4Cの微細組織の製法により多少の差が認められたが、イオン照射後には両者の明らかな違いは確認できなかった。2)高エネルギー(15MeV)イオン照射した試料では、BC母相の非晶質化が生じた、800C以下でイオン照射した試料に、Fe-B化合物からなる微結晶の照射誘起析出が確認された。3)高温で照射された試料では、ひずみ場を伴うHeバブルが、また1000Cでは結晶の(001)面に平行に並ぶプレート(平板)状バブルの析出が観察された。重照射試料ではHeは高濃度に析出し、BCのクラックに発展していた。つぎに、原子炉で照射したBC中の10・Bの同位体比測定に関して検討した。BC中からホウ素抽出において、回収率が60%以上であれば、十分精度良く測定できることが確認された。この結果をもとに、照射したB4C試料のホウ素の同位体比を高精度で測定することができた。また、比較的安価で、簡単高速に測定できるICP-MSについて調査検討し、0.20.3%程度の精度で測定可能であることが分かった。

活性炭の吸脱着特性に関する試験研究(2)

丸山 忠司*; 長友 仁郎*

JNC TJ2410 2003-001, 170 Pages, 2003/08

JNC-TJ2410-2003-001.pdf:6.32MB

市販されている活性炭を5種類選定し、これら活性炭の吸脱着破過特性を、既知の活性炭(クラレコール)の破過特性と比較を行うために、小型活性炭吸着床試験装置および質量分析計を用いて試験を行った。また、低温状態に冷却した活性炭吸着床にXe, Krを含んだ試料ガスを通気させ活性炭に深冷吸着させたあと、吸着床を加熱し脱着したガスの濃度を質量分析計で測定し、低温吸着時の希ガス特性の確認を行った。これら試験で取得したデータをもとに、各種活性炭の動的吸着平衡係数を算出し、活性炭の粒度、比表面積、充填密度等のデータと併せて評価・検討を行い活性炭の希ガス吸脱着特性の比較を行った。

活性炭の吸脱着特性に関する試験研究

丸山 忠司*; 長友 仁郎*

JNC TJ2410 2001-030, 265 Pages, 2002/02

JNC-TJ2410-2001-030.pdf:6.1MB

本研究では、小型の活性炭吸着床に極低濃度のXe、Krを含むアルゴンガスまたはヘリウムガス(試料ガス)を通気させ、吸着床出口から流出するXe、Kr濃度の時間変化をリアルタイムで実測して吸脱着破過曲線を得ることにより、活性炭の吸着・脱着特性を確認することを目的に行った。具体的には以下の作業を行った。(1)試験装置の製作 低温から高温まで設定温度を変化させ、また圧力も変化できる活性炭吸着床から流出したガスを質量分析計に連続導入できる装置を設計、製作した。(2)試料ガスを用いた基礎試験 活性炭吸着床にXe、Krを含んだ試料ガスを通気させ活性炭に吸着させたあと、吸着床を純ガスで掃気ガスの濃度を質量分析計で測定した。試験パラメータは以下のようである。1)試料ガス濃度の違い 2)活性炭の種類の違い 3)吸脱着温度、圧力、流量の違い 4)吸着昇温脱着を連続して実施した場合の希ガス、掃気ガスの時間変化 (3)評価・検討 上記試験で取得したデータを整理し、これらに関して質量分析計の試料ガス導入部分についての考察も含む評価・検討を行った。

セラミックスの照射影響に関する基礎調査

丸山 忠司*

JNC TJ4420 99-004, 118 Pages, 2000/03

JNC-TJ4420-99-004.pdf:4.92MB

高速炉で使用される代表的なセラミック材料について、中性子照射の各種物性に及ぼす効果を明らかにするため、文献調査および加速器を用いた材料の照射試験計画の検討を行った。ここで行った調査対象材料は、炭化ホウ素(B4C)、窒化アルミニウム(ALN)、アルミナ(AL2O3)、マグネシア(MGO)およびスピネル(MGAL2O4)の5種類である。まず、科学技術振興事業団科学技術情報事業本部(JICST)の文献情報検索システムを利用して用語検索を行い、該当する文献を抽出し、文献リストを作成した。そして、代表的な論文をいくつか参照しつつ、スエリング、組織変化(B4Cの照射による粉体化を含む)、熱伝導度、電気的性質などの主要な物性値について着目して研究の現状をまとめた。また、材料物性に及ぼす核変換効果ならびに照射効果に及ぼす中性子スペクトルの影響についても調査した。つぎに、加速器を用いた照射試験計画の検討として、福井県若狭湾エネルギー研究センターに設置されている多目的加速器システムならびに材料評価用科学機器の概要について、各装置の機能、性能などを検討、整理してまとめた。そしてその結果から、B4CおよびALNを候補試料に想定して、200KEVイオン注入装置ならびにタンデム加速器を用いる照射試験の検討をおこない、研究に用いる候補材料ならびに照射後試験項目(特性評価項目と着眼点など)について検討を加えた。

Determination on Irradiation Temperature using SiC Temperature Monitors

丸山 忠司; 小野瀬 庄二

第3回照射後試験に関する日韓セミナー, 0 Pages, 1999/00

非計装キャプセルの照射温度モニターとして使用されている炭化ケイ素(Sic)を「常陽」で約420から645の温度で照射し、照射後ステップ加熱の方法により寸法の回復量を測定し照射温度を求めた。その結果、回復開始温度と設計照射温度では、最大100以上の差が生じている場合が みとめられた。正確な照射温度をもとめるための較正方法について検討し、設計温度と比較した。

Thermomechanical Properties of B4C Based Composites

丸山 忠司; 小野瀬 庄二

Proceedings of International Symposium on Environmental-Conscious Innovative Materials Processing with Advanced Energy Sources (ECOMAP-98), 0 Pages, 1998/00

高速炉では,現在制御棒の中性子吸収材料としてB4Cが使用されているが,照射による割れとリロケーションが制御棒寿命を短くする原因の一つになっている。そのためB4Cに代わる高性能中性子吸収材として,B4C/Cu,B4C/BNおよびB4C/SiLなどB4Cをマトリクスとする複合材料を開発した。ここでは,これら複合材料の製造法の開発,ならびに炉外で行った熱・機械的特性の評価結果を述べている。その結果によれば,これら材料は,いずれもB4Cに比べて優れた熱・機械的特性を有していることが分かった。

「常陽」MK-II制御棒の照射後試験 -吸収ピンの照射挙動評価-

丸山 忠司; 宇都 学; 田中 康介; 小野瀬 庄二; 浅賀 健男

PNC TN9410 97-077, 177 Pages, 1997/07

PNC-TN9410-97-077.pdf:9.84MB

「常陽」MK-II 制御棒の照射後試験は1983年に開始され、初装荷制御棒から5次取り替え制御棒まで、合計16体、ピンにして約110本の照射後試験が行なわれた。このうち5体の制御棒で、合計15本の制御棒吸収ピンにクラックの発生していることが確認された。本報告は、これら吸収ピンのクラック発生原因を究明するために行われた、非破壊試験、破壊試験、および制御棒挙動解析コードCORALをもちいた解析の結果について述べたものである。 吸収ピンのクラック発生は燃焼度約39x1026cap/m3までは見られず、一方、クラック発生が見られたピンはいずれも燃焼度が43x1026cap/m3以上でかつB4Cペレットと被覆管の初期ギャップが0.44mm以上のものであった。吸収ピンのクラック発生位置は最下端のB4Cペレット付近に集中しており、吸収ピン断面金相観察の結果では、B4Cペレットは細かく割れ、被覆管とのギャップは一部閉塞していた。被覆管の変形は異方的で、オーバリテイが認められ、クラックは被覆管の短径側で多く発生する傾向が見られた。被覆管の破断面は典型的な粒界破壊をしていることが特徴である。被覆管のHe分析では、被覆管内表面にHeの蓄積が認められていたが、被覆管全体のHe濃度は特に高い結果にはなっていない。TEM観察でもHeバブルは明瞭に観察されなかった。 クラック発生原因としては、B4Cペレットのリロケーションにより照射初期に被覆管とのギャップが閉じてしまい、ACMIが発生したことによるものと考えられる。CORALコードによる挙動解析の結果では、ACMIによる発生する被覆管のひずみは、照射クリープで吸収することができず、燃焼が進むとともに塑性ひずみが増大し、被覆管にクラックが発生したものと考える。

Research on creation of advanced materials in nuclear severe environment

加納 茂機; 舘 義昭; 井上 賢紀; 小野瀬 庄二; 西田 俊夫; 丸山 忠司

Proceedings of MC'96 International Symposium, 0 Pages, 1996/00

クロスオーバー研究第I期計画により以下のような成果を得た。(1)遮蔽コードによる材料成分設計により,耐熱性を有した最適成分系を選定した。各種放射線環境に応じ自在に遮蔽材の成分を変化させるために,粉末治金法を適用し成形プロセス条件の最適化を行った。その結果,従来の遮 蔽材より優れた耐熱性と十分な日本機械学会的特性を有する遮蔽材創製の見通しを得た。(2)制御材ペレット成形プロセス条件の最適化を行うとともに,炉外特性評価を行い,B4C/Cu-Ni,B4C/Zr,B4C/Mo,B4C/SiCウィスカーが,B4Cより耐割れ性に優れ,長寿命化できる見通しを得た。(3)腐食機構を検討した結果,Naの粒界拡散により優先的に粒界腐食が進行し,耐食性を向上するためには,不純物及び生成するSiO2の低減,粒界の結晶化等,粒界の組織・構造制御が不可欠であることを明らかにした。