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論文

Development of density control technologies for MOX pellet using dry recycled powders

仁科 匡弘; 武内 健太郎; 村上 真一

Proceedings of International Conference on Fast Reactors and Related Fuel Cycles; Sustainable Clean Energy for the Future (FR22) (Internet), 8 Pages, 2022/04

高速炉MOX燃料の製造技術として、焼結ペレットから乾式回収技術によって得られた粉末を利用する技術を開発している。乾式回収にはロールクラッシャー及びジェットミルが用いられ、3種類(粗目,中目,細目)の乾式回収粉末を得ることができる。本研究では、乾式回収粉末の粒度と添加率をパラメータとしてMOXペレットの密度を制御する技術を開発することを目的とし、乾式回収粉末の添加がペレット品質に与える影響を評価した。

報告書

酸化物燃料中の拡散挙動に関する研究(共同研究)

佐藤 勇; 有馬 立身*; 仁科 匡弘*; 田中 康介; 小野瀬 庄二; 出光 一哉*

JAEA-Research 2012-006, 66 Pages, 2012/05

JAEA-Research-2012-006.pdf:13.55MB

燃料の製造性及び照射挙動に影響する物性である拡散挙動に関して、実験的手法と分子動力学シミュレーション(MD)の両面から評価した。実験的手法では、Amを含有した混合酸化物燃料とUO$$_{2}$$燃料を用いた拡散試験を実施した。その結果、UO$$_{2}$$中のPu及びAmの拡散は粒界に大きく影響される傾向があった。格子拡散と粒界拡散を区別せずに拡散係数を評価したところ、その大きさは10$$^{-12}$$$$sim$$10$$^{-14}$$m$$^{2}$$/s程度であり、PuとAmの間に差はほとんどなかった。一方、MDでは、混合酸化物燃料中のU, Pu及びAmの格子拡散係数を評価し、拡散係数の温度依存性を導き出した。また、対応格子粒界構造を用いた粒界拡散係数の評価方法を確立した。その結果、MDから得られた粒界拡散係数の温度依存性の外挿値は実験的手法で得られた拡散係数と良い一致を示した。MDで得られた粒界拡散の熱活性化過程と実験的手法で得られた拡散係数を考慮し、PuやAmの拡散現象をよりよく再現できるような実質的な拡散係数の温度依存性を得た。燃料挙動解析コードで使用できる拡散係数の整備に関して検討を行った。

口頭

Sintering behavior of MOX pellets prepared by mechanical blending method

仁科 匡弘; 鈴木 紀一; 武内 健太郎; 加藤 正人; 宇野 弘樹*

no journal, , 

機械混合法により調製したMOXペレットの焼結特性を焼結中のO/M比及び寸法収縮の測定結果を用いて評価した。O/M比は焼結雰囲気中のP$$_H$$$$_2$$/P$$_H$$$$_2$$$$_O$$比によって決まる酸素ポテンシャルと平衡になるように変化するため、P$$_H$$$$_2$$/P$$_H$$$$_2$$$$_O$$をパラメータとして試験を行った。P$$_H$$$$_2$$/P$$_H$$$$_2$$$$_O$$比の減少に伴ってMOXペレットのO/M比は増加し、収縮はより低温側で開始する傾向が見られた。MOXペレットのO/M=2.00近傍となる条件で焼結することによりウラン及びプルトニウムの分布が最も均質なペレットが得られた。

口頭

Effect of particle properties on die filling behavior in nuclear oxide fuel pellet production

赤司 雅俊; 仁科 匡弘; 加藤 正人; 田中 達也*; 下坂 厚子*; 白川 善幸*; 日高 重助*

no journal, , 

A simplified fabrication method has been developed as advanced MOX fuel pellet fabrication process. It is important to fill powder uniformly into die and to produce good green pellets for stable supply of MOX fuel pellet. Die filling behavior is affected by various particle properties such as particle diameter, particle density and so on. In this work, die filling behavior was investigated as a function of particle diameter. MOX tumbling granule having mean particle diameters of 359, 296, 220 and 130 $$mu$$m were used for filling experiment. Particles of 359 and 296 $$mu$$m were filled constantly. However, under the condition of 130 $$mu$$m, the filling ratio was a mere 12$$%$$. Simulation code combined the discrete element method and the computational fluid dynamics was applied to analyze the experimental results of the filling behavior. It was found that substitution between particle and air inside die affected the filling behavior of small size particle.

口頭

燃料デブリの性状把握(28'A),9; 模擬デブリの酸化特性評価

仁科 匡弘; 廣岡 瞬; 森本 恭一

no journal, , 

本研究では、収納・保管に影響を与える燃料デブリ特性として重要となる酸化挙動について、燃料と被覆管の主成分であるジルコニウムからなるMOX模擬デブリを用いて評価するとともに、酸化時のMOX模擬デブリの性状変化をSEM観察およびX線回折測定により評価した。

口頭

Study on the condition of MOX granules suitable for constant die filling in MOX fuel pellet production

赤司 雅俊; 仁科 匡弘; 森本 恭一; 加藤 良幸; 加藤 正人

no journal, , 

MOX造粒粉を用いた充填試験を行い、燃料ペレット製造における金型充填に適したMOX造粒粉の特性評価を行った。その結果、試料の平均粒子径とハウスナー比が金型充填に対する指標となることがわかった。

口頭

汚染検査範囲の合理化に資するためのMOX模擬粉末の浮遊・拡散データ取得

仁科 匡弘

no journal, , 

管理区域内で汚染が発生した場合、汚染範囲を特定するための汚染検査を実施するが、粉末系汚染の拡散に係る基礎データがないために保守側の対応として天井等を含む工程室全体の検査を求められるケースが生じている。複雑な構造物が多く面積の広い工程室においては作業負荷が大きく、本来業務に多大な支障が生じることになる。そこで、汚染検査範囲の合理化に資するためコールドの試験装置を製作し、MOX模擬粉末としてモリブデン粉末を用いた微粉末の浮遊・拡散挙動を評価した。

口頭

Study on development of additive-free dry granulation technology and evaluation of granulation characteristics

石井 克典; 瀬川 智臣; 川口 浩一; 仁科 匡弘; 牧野 崇義; 名取 ゆり*

no journal, , 

原子力機構は簡素化MOXペレット製造法の開発を実施している。本プロセスでは、水をバインダに用いた攪拌造粒法によりMOX粉末の流動性の改良を行っている。高速攪拌造粒法は、湿式臨界管理が適用されるため製造能力が低いという課題がある。核融合炉のトリチウム増殖Li$$_{2}$$Oブランケット球のための新しい造粒法として、シンプルな添加剤フリーの乾式造粒法が最近提案されている。本研究では、この新しい造粒手法のMOX粉末への適用性を検討するための試験結果について報告する。

口頭

高速炉燃料製造のための添加剤フリー乾式造粒法に係る造粒性確認試験

瀬川 智臣; 川口 浩一; 石井 克典; 仁科 匡弘; 牧野 崇義; 名取 ゆり*; 池本 憲弘*; 米原 和男*; 蓼沼 克嘉*

no journal, , 

原子力機構では簡素化MOXペレット製造法の研究開発を進めている。本プロセスでは、水をバインダに用いた転動造粒法によりMOX粉末の流動性の改良を行っている。しかしながら、転動造粒法では、湿式臨界管理下における製造能力の向上が課題となる。近年、核融合炉のトリチウム増殖Li$$_{2}$$Oブランケット球の製造のための新規の造粒法として、添加剤フリー乾式造粒法が提案されている。本研究では、本手法のMOX燃料製造工程への適用性を確認するため、機械化に向けた基礎試験として、外力付加が造粒性に及ぼす影響についてMOX粉末の模擬物質としてCeO$$_{2}$$粉末を用いて確認・評価を行った。試験の結果、垂直振動の外力を付加することにより、良好な造粒性が得られることが確認でき、乾式造粒プロセスの機械化の見通しを得ることができた。

口頭

Evaluation of the effects of granulated alumina powder characteristics and die wall lubricant on compaction behavior using X-ray computed tomography

瀬川 智臣; 川口 浩一; 石井 克典; 仁科 匡弘; 牧野 崇義; 飯村 健次*; 佐藤根 大士*; 鈴木 道隆*; 名取 ゆり*

no journal, , 

原子力機構では、簡素化ペレット法燃料製造技術開発を進めている。本工程では、MOX原料粉末の流動性を転動造粒法により改善し、ダイ潤滑成型法によりMOX造粒粉末を直接グリーンペレットに成型する。高密度のグリーンペレットを製造するためには、均一圧縮が重要であるが、直接圧縮挙動を観察することは困難であるため、X線コンピュータ断層撮影法とX線透過性の高いアルミナ粉末を用いて圧縮挙動を評価した。本試験の結果、ダイ潤滑成型は、無潤滑成型に比べて粒子の破壊が底部まで拡大することが確認でき、ダイ潤滑成型法は造粒粉末の均一圧縮に有効であることが明らかになった。

口頭

簡素化ペレット法による燃料製造技術開発と実証に向けた取り組み,3; 焼結・O/M調整技術開発とガス流動解析

仁科 匡弘; 高藤 清人; 中道 晋哉; 瀬川 智臣; 川口 浩一; 石井 克典; 牧野 崇義; 奥村 和之

no journal, , 

高速炉燃料製造における簡素化ペレット法燃料製造技術の実用化を目的とし、要素技術の研究開発を進めている。本報告では、シリーズ発表の3番目として、低O/M比の高速炉燃料製造のための焼結・O/M調整試験およびガス流動解析の結果について報告する。

口頭

簡素化ペレット法による燃料製造技術開発と実証に向けた取り組み,2; 転動造粒粉末を用いたダイ潤滑成型技術開発

高藤 清人; 仁科 匡弘; 土持 亮太; 林崎 康平; 瀬川 智臣; 川口 浩一; 石井 克典; 牧野 崇義; 奥村 和之

no journal, , 

高速炉燃料製造における簡素化ペレット法燃料製造技術の実用化を目的とし、要素技術の研究開発を進めている。本報告では、シリーズ発表の2番目として、転動造粒粉末を用いたダイ潤滑成型技術開発における造粒粉末の状態が金型への充填性及びペレットの成型性に与える影響について報告する。

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