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廣瀬 意育; 久木田 豊; 柴本 泰照; 佐川 淳*
Proceedings of 19th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-19) (Internet), 12 Pages, 2022/03
Electric impedance tomography (EIT) is a non-invasive and radiation-free imaging method applicable to gas/liquid two-phase flow measurements. It determines the electrical resistivity distribution of an object from measurements of boundary potentials in response to current injection. Due to the severely ill posed nature of the problem, the quality of reconstructed image depends much on the quality and amount of information available from potential measurements. We have proposed a DC pulse-driven EIT system design equipped with countermeasures for the influences of electrode polarization on potential measurements (Hirose et al., in preparation). The usefulness of EIT in two-phase flow measurement is however restricted by the intrinsically limited spatial resolution. Due to the diffusive nature of electricity, the spatial resolution degrades quickly with the distance from the boundary. In this study, we attempt to improve the spatial resolution by adding thin electrodes inserted into the flow field away from the boundary. Although this means that non-invasiveness is traded off, the influence of invasive electrodes on flow field could be estimated and limited on the basis of experiences gained with other intrusive methods, e.g., needle probes for measurement of interfacial area. The benefit taken by the addition of invasive electrodes, on the other hand, would depend on two-phase flow regime and other flow parameters. In the present paper we consider dispersed bubbly flow and simulate the bubbles with thin cylindrical insulators. The results obtained with and without invasive electrodes are compared to discuss the effectiveness and limitations in measurement of two-phase flow.
廣瀬 意育; 佐川 淳*; 柴本 泰照; 久木田 豊
Flow Measurement and Instrumentation, 81, p.102006_1 - 102006_9, 2021/10
被引用回数：2 パーセンタイル：10.51(Engineering, Mechanical)An electrical impedance tomography (EIT) system design is proposed for imaging of phase distribution in gas-water two-phase flow from boundary measurement of electrical potentials in response to direct current (DC) injection. DC injection simplifies substantially the system design, but introduces problems due to polarization of injection electrodes. Electrode polarization means charge accumulation on the electrode-water interface causing a drift in the interfacial potential difference. The polarization problems are coped with by using dedicated electrodes for injection and potential measurement, and using a current source unaffected by the polarization of current-carrying electrodes (CCEs). Furthermore, the polarization of CCEs is controlled, to lessen the possible influence on the sensing electrodes (SEs), by using a short (milliseconds in width) pulse for injection with a charge balanced injection strategy. The impact of electrode polarization and the effectiveness of countermeasures introduced in the present design are discussed through comparisons of measured boundary potentials and of images reconstructed for a simple object simulating large bubbles in water.
和田 裕貴; 佐藤 聡; 柴本 泰照; 与能本 泰介; 佐川 淳*
Proceedings of 18th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-18) (USB Flash Drive), p.4518 - 4531, 2019/08
原子力機構では、液膜のドライアウト・リウェットを液膜の有無を超音波液膜測定によって実現するための技術開発を実施している。原子力工学分野における従来研究では、使用する超音波の搬送周波数が5MHzと比較的低く、最小液膜厚さの限界値が実用的に0.1mm以上の厚い領域に限られていた。さらに、液膜厚さを評価する際の信号処理方法が生データと共に明確に示されておらず、それに伴う測定の不確かさにおける議論が充分ではない。そこで、本研究では15MHzの中心周波数を有する圧電素子と独自の駆動回路を用いた超音波液膜厚さ測定装置を開発した。本発表では、本装置における液膜測定の妥当性の検証結果、鉛直管内を流れる上昇環状液膜流を測定した結果及び管内測定に際する測定部の詳細設計について報告する。
武田 全康; 鈴木 淳市; 山口 大輔; 秋屋 貴博*; 加藤 宏朗*; 宇根 康裕*; 佐川 眞人*
Proceedings of 21st International Workshop on Rare-Earth Permanent Magnets and their Applications (REPM 2010), p.161 - 164, 2010/08
現状では希少金属であるDyの添加が不可欠な高温で使われるNd-Fe-B焼結磁石のDy使用量を減らすのに鍵となる、焼結磁石内部の平均構造に関する情報を得るために、原子力研究開発機構の研究用原子炉JRR-3に設置されている小角散乱装置、SANS-J-IIを用いて、中性子小角散乱測定を行った。2次元検出器上で観測された中性子小角散乱の強度マップは、焼結や焼結後の熱処理条件で大きく変わり、中性子小角散乱法が、焼結磁石内部の平均構造を調べるのに、非常に有効な研究手段であることを示している。
佐川 淳; 柴本 泰照
JAEA-Technology 2008-087, 34 Pages, 2009/03
JAEA-Technology-2008-087.pdf:4.03MB
原子炉システム応答試験や燃料健全性の検証のために実施される試験では、試験装置の炉心に実機燃料棒を実規模で模擬した電気ヒーターが使用されてきた。この電気ヒーターは一般に模擬燃料棒と呼ばれ、金属製の被覆管の中に発熱体であるニクロム線をコイル状に収めた一種のシースヒーターである。発熱電源には交流電源が用いられ、被覆管の表面には温度を測定するための細径シース熱電対が埋め込まれる。すなわち、交流電力制御にはサイリスタによるスイッチングが利用されることになり、ヒーター電流の時間変化が原因で熱電対温度信号に無視できないノイズが重畳する。従来の定常実験では、カットオフ周波数の低いローパスフィルタを用いることでノイズ除去を行ってきたが、過渡変化実験ではフィルタの遅れによって変化速度の速い温度挙動を追随できない問題が浮上する。本研究ではこれを解決するために、熱電対信号に重畳するノイズ特性を明らかにし、従来よりも遅れを10分の1程度までに抑えたノイズ低減フィルタを設計・製作した。フィルタの時定数は10ms以下で、細径熱電対自身の熱容量に由来する応答時定数より小さく、実用上問題のない応答速度といえる。
小野澤 淳; 原田 晃男; 本田 順一; 仲田 祐仁; 金沢 浩之; 佐川 民雄
JAEA-Conf 2008-010, p.325 - 332, 2008/12
反射電子像の画像解析による被覆管の水素濃度測定手法(BEI法)は、スタズビック社により開発された照射後試験技術である。当該技術は被覆管中に析出した水素化物の反射電子像を撮影し、得られた像中の水素化物の面積率を画像解析にて計測することにより水素濃度を算出する手法であり、被覆管中の局所的な水素濃度を測定するのに非常に適した水素濃度測定法である。燃料試験施設では、このBEI法の試料調製法と画像解析法に改良を加え、より精度の高い「改良BEI法」を開発した。前回のJoint Seminarで既報の未照射被覆管を用いた確認試験において、改良BEI法と高温抽出法それぞれによって得られた水素濃度は良好な一致を示し、改良BEI法の信頼性の高さを確認することができた。今回はこの改良BEI法を用いて、照射済被覆管の軸方向及び半径方向の水素濃度分布測定を行った。その結果、改良BEIは他の水素濃度測定手法と比較し、局所水素濃度をより詳細に分析できることが確認できた。
佐川 淳; 森山 清史; 錦沢 友俊; 中村 秀夫
JAEA-Technology 2008-059, 43 Pages, 2008/09
JAEA-Technology-2008-059.pdf:8.45MB
水溶液のpHやイオン濃度等を測定するための電気化学プローブは、一般的に非常に出力インピーダンスの高いセンサであり、その信号をデータ収録装置等の一般的な計測器により測定するためには、超高インピーダンスのプローブ出力を低インピーダンスに変換するためのインピーダンス変換用アンプが必要である。このような電気化学プローブに対しては専用の計測器が市販されているが、多チャンネルの時系列計測に適するものは市販品にほとんどない。そこで、このような用途に使用できる超高入力インピーダンス低オフセットアンプを設計・製作した。本アンプの概略仕様は、入力インピーダンス10G
以上,入力電圧範囲
1V,ゲイン1
20,応答時間約1s,出力電圧10V,出力インピーダンス50,独立チャンネル数5chである。本報告書はこのアンプに関する独自の回路設計と実装にあたっての部品構成,作成した回路の特性試験結果、及び、製作方法等をまとめたものである。
武石 稔; 宮河 直人; 植頭 康裕; 中野 政尚; 小嵐 淳; 水谷 朋子; 河野 恭彦; 檜山 佳典*; 藤井 理行*; 菊地 政昭*; et al.
JAEA-Review 2006-024, 133 Pages, 2006/09
JAEA-Review-2006-024.pdf:6.69MB
本報告書は、原子力規制関係法令を受けた再処理施設保安規定,核燃料物質使用施設保安規定,放射線保安規則,放射線障害予防規程及び原子力施設周辺の安全確保及び環境保全に関する協定書並びに水質汚濁防止法及び茨城県条例に基づき、平成17年4月1日から平成18年3月31日までに実施した原子力研究開発機構核燃料サイクル工学研究所から放出した低レベル放射性排水の放出管理結果をとりまとめたものである。再処理施設,プルトニウム燃料開発施設をはじめとする各施設の放出放射能は、濃度及び放出量ともに保安規定及び協定書に定められた基準値を十分下回った。
斉藤 淳一; 佐川 憲彦; 大野 修司; 浜田 広次; 宮原 信哉
JNC TN9400 2004-059, 133 Pages, 2004/09
JNC-TN9400-2004-059.pdf:6.05MB
高速炉実用化戦略調査研究(フェーズI)では、鉛ビスマスを中間熱媒体として利用する二次系簡素化概念が一つの候補として選定されている。本研究では実用化戦略調査研究(フェーズII)で鉛ビスマスのナトリウム中移行挙動を実験により明らかにすることを目的としている。液体ナトリウム中に液体鉛ビスマスを滴下する試験を試験温度と鉛ビスマス量を変えて実施した。その結果より、試験温度と鉛ビスマス滴下量がナトリウムと鉛ビスマスの反応挙動に及ぼす影響を明らかにした。試験により得られた結果を以下に示す。(1)試験温度が低い方が、ナトリウムと鉛ビスマスが反応し発熱するまでに時間を要する。このことは試験温度がナトリウムと鉛ビスマスの反応挙動に影響していることを示している。(2)鉛ビスマス滴下量はナトリウムと鉛ビスマスの反応により生成する反応生成物の量と種類に影響している。(3)ナトリウムと鉛ビスマスの反応による発熱量は、主に生成しているBiNa
の生成エンタルピーから算出した生成熱とおおむね一致している。
斉藤 淳一; 高井 俊秀; 佐川 憲彦; 大野 修司; 浜田 広次; 宮原 信哉
JNC TN9400 2003-057, 87 Pages, 2003/06
JNC-TN9400-2003-057.PDF:24.73MB
高速炉実用化戦略調査研究(フェーズI)では、鉛ビスマスを中間熱媒体として利用する二次系簡素化概念が一つの候補として選定されている。本研究では実用化戦略調査研究(フェーズII)で鉛ビスマスのナトリウム中移行挙動を実験により明らかにすることを目的とする。二次系簡素化の成立性を評価するための基礎データを取得する。摂氏400度で液体ナトリウム中に液体の鉛ビスマスを滴下する試験を2回実施している。以下の結果が得られている。(1)L1-1試験およびL1-2試験後のICPによる分析結果から、ナトリウム中の鉛濃度はビスマス濃度よりも高くなっている。ナトリウム中の鉛の溶解量はビスマスのそれよりも多いことを示している。これらの結果は従来の溶解度の測定結果と一致する。また、残渣中にはビスマスが最も多く含まれていることがわかった。(2)ナトリウム中に鉛ビスマスが滴下するとナトリウム液温は上昇する。装置の各部の温度変化から算出した総発熱量は、L1-2試験で137kJ/mol-LBEである。これらの反応熱はリーク検出に応用できる可能性がある。(3)L1-1試験およびL1-2試験後、ナトリウム中に黒い粒状固形物(反応生成物)が観察された。サンプリングフィンガー内の反応生成物を観察した結果、反応生成物は上部で510
m程度の微細な粒状である。下部では50100m程度の大きさである。(4)EDXによる成分分析の結果、反応生成物の主な構成元素はナトリウムとビスマスである。XRDによりBiNa3金属間化合物の回折ピークが検出されている。主要な反応生成物はBiNa3といえる。XRDによりPb4Na15の回折ピークも検出されている。しかしながら、SEMにおいてPb4Na15は観察できていない。さらに、これらの試験および分析結果より、鉛ビスマスのナトリウム中への移行挙動モデルを提案する。
柴本 泰照; 佐川 淳*; 井口 正; 中村 秀夫
JAERI-Tech 2003-056, 29 Pages, 2003/06
JAERI-Tech-2003-056.pdf:3.24MB
原研では、THYNC装置を用いて核熱結合安定性試験を行っている。これは、電気ヒーター炉心によってボイド反応度フィードバックを実験的に再現するもので、シミュレーションには沸騰流路の平均ボイド率計測が重要な役割を果たしている。低周波の交流信号を沸騰流路内に印加し、気液二相流路内の二電極間電気インピーダンスを瞬時計測することでボイド率見積もりを行う。交流信号は、整流回路を用いて振幅の変化を直流信号として取り出される。初期の設計段階では整流回路の時定数が大きく、計測系の遅れが問題となっていた。炉心動特性模擬の観点でからは、ボイド率検出部の遅れは無視できるほど小さくする必要がある。本研究では、全波整流とピークホールド回路を組み合わせた回路を作成し、整流の遅れに対する問題を解決した。これは、位相遅れなしにキャリア周波数成分を低減できる方法として有効であった。
柴本 泰照; 佐川 淳*; 久木田 豊*; 中村 秀夫
混相流, 17(2), p.171 - 179, 2003/06
水/溶融物混相流実験への適用を目的として、局所における流体相判別と温度計測を同時かつ高速で行う複合プローブを開発した。細径の露出型熱電対を用いて、温度測定と同時に、溶融金属・水・蒸気のいずれの相の温度を測定しているかを検出する。100kHzの交流信号を熱電対に印加し、熱電対と接地間の電気イピーダンスを計測することで相判別を行う。交流信号は、アンプで増幅される前にローパスフィルター(LPF)によって温度信号から分離される。初期設計段階では、熱電対が金属相に接触し、電気的に接地されるたびに温度信号に大きなノイズがでる問題が生じたが、LPFを再設計することでこれを改善した。最終設計では、水-溶融物-蒸気各々の相に対して、相表面の高速移動と温度変化の計測に成功した。
TiO pebbles土谷 邦彦; 中道 勝; 長尾 美春; 藤田 淳哉*; 佐川 尚司; 田中 知*; 河村 弘
Fusion Engineering and Design, 51-52, p.887 - 892, 2000/11
被引用回数：16 パーセンタイル：70.39(Nuclear Science & Technology)核融合炉ブランケット設計において、トリチウム増殖材としてリチウムタイタネイト(LiTiO)微小球が候補材の1つとして挙げられている。そのため、JMTRを用いて中性子照射下におけるLiTiO微小球充填層からのトリチウム放出試験を実施し、トリチウム放出特性に対するスイープガス流量、水素添加量及び照射温度の影響を調べた。この結果、トリチウムの放出は、LiTiO微小球充填層の中心温度が約140
Cで始まることが明らかになった。また、スイープガス流量及び水素添加量を変更しても、一時的にトリチウム放出量が変化するが、数時間後、変更以前のトリチウム放出量に戻ることから、これらのパラメータがLiTiO微小球表面のトリチウムインベントリーに影響することが明らかになった。
河村 弘; 土谷 邦彦; 中道 勝; 藤田 淳哉*; 佐川 尚司; 長尾 美春; Y.Gohar*; 池島 義昭; 斎藤 隆; 桜井 進; et al.
Fusion Technology 1998, 2, p.1289 - 1292, 1998/00
核融合炉増殖ブランケット設計において、トリチウム増殖材として微小球形状のリチウムタイタネイト(LiTiO)が候補材の1つとして挙げられている。しかしながら、微小球形状LiTiOからの低温時(250~400C)におけるトリチウム放出特性データはほとんどない。本研究では、JMTRを用いて、中性子照射下におけるLiTiO微小球からのトリチウム放出試験を行い、トリチウム放出特性に対するスィープガス流量水素添加量及び照射温度の影響を調べた。この結果、トリチウムは増殖材充填層中心温度100Cから、除々に放出されることが明らかになった。また、放出トリチウムのガス成分割合は、水分濃度の減少とともに増加し、定常時には93%程度になった。以上の結果から、低温時におけるLiTiO微小球からのトリチウム放出特性に関する有望なデータを取得することができた。
秋屋 貴博*; 加藤 宏朗*; 武田 全康; 鈴木 淳市; 山口 大輔; 小泉 智; 佐川 眞人*; 小山 佳一*; 宮崎 照宣*
no journal, ,
現在最高性能を誇るNd-Fe-B焼結磁石では、NdFe
Bからなる直径5m程度の主相と、それをとりまくNdリッチ相と呼ばれる界面層によって構成されている。永久磁石の性能の重要な指標である保磁力が、Nd-Fe-B焼結磁石の場合には、このNdリッチ相によって大きく変わり、500C-600Cの間での熱処理がこのNdリッチ相の形成に重要であることが知られていた。われわれは、Nd-Fe-B磁石に少量の銅を添加し、さらにその熱処理中に高磁場を印可することで、保磁力がさらに向上することを見いだした。この発表では、その保磁力向上の機構解明のために行った、熱分析と中性子小角散乱実験の結果について報告する。
秋屋 貴博*; 加藤 宏朗*; 武田 全康; 鈴木 淳市; 山口 大輔; 小泉 智; 佐川 眞人*; 小山 佳一*
no journal, ,
Nd-Fe-B焼結磁石はハイブリッド自動車(HV)の駆動モータ用磁石材料として最も有望である。一般的に永久磁石の保磁力は温度の上昇とともに低下するが、HVに使う場合には、磁石周囲の温度が450K(180C)以上になることが考えられるため、できるだけ大きな保磁力を持つことが必要である。Nd-Fe-B焼結磁石では、大きな保磁力を持たせるために、Ndの一部をDyで置き換えることでこの問題に対処してきた。しかし、Dyは稀少金属であり、このままでは近い将来に資源が枯渇してしまう危険があり、将来にわたっての安定的な供給が確保されていない。われわれは、Nd-Fe-B焼結磁石で、NdをDyで置換しなくても、磁場中熱処理を行うことで保磁力が向上することを見いだした。そのメカニズムを明らかにするために、JAEAの研究用原子炉JRR-3に設置されている2台の中性子小角散乱装置、SANS-JとPNOを使って内部の磁気構造を非破壊的に調べた。Cuを添加していない試料とCuを添加した試料に対して同じ磁場中熱処理を施し、両者の小角散乱パターンを比較したところ、
で明確な差が現れた。これは、磁場中熱処理時に液層となっていると考えられるCuを含む粒界層が保磁力の向上と強い相関を持つことを示唆している。
武田 全康; 鈴木 淳市; 山口 大輔; 小泉 智; 秋屋 貴博*; 加藤 宏朗*; 佐川 眞人*
no journal, ,
Dyの使用量を低減しながら、Nd-Fe-B磁石の高い保磁力を維持するためには、主相そのものの結晶粒微細化と、主相を取り囲む粒界相のナノ構造制御の二つが大きな課題である。しかし、結晶粒の大きさと保磁力、また、界面ナノ構造と保磁力との間の定量的な相関を明らかにすることなしには、その目的は達し得ない。中性子小角散乱法は、電子顕微鏡やX線小角散乱法では観測が難しい、空間スケールが2nm-10m程度の物質の平均構造と磁気構造を非破壊的に調べることができる手法であり、Nd-Fe-B焼結磁石の保磁力向上のための中心課題となっている結晶粒及び界面構造と保磁力の関係を研究するのに理想的な構造解析手法である。中性子小角散乱法で得られる情報は、平均粒子サイズ,粒子間相関にさらに磁気的な情報が加わった定量的なものであり、試料の断面を実空間で見る電子顕微鏡や磁気力顕微鏡等で得られる情報と相補的な情報を与える。講演では、磁場中熱処理やCuやAl等の置換効果により保磁力が向上した試料に対する実例を示しながら、中性子小角散乱法によるNd-Fe-B焼結磁石の平均構造解析について紹介する。
秋屋 貴博*; 加藤 宏朗*; 武田 全康; 鈴木 淳市; 山口 大輔; 小泉 智; 佐川 眞人*; 小山 佳一*
no journal, ,
現在、環境に優しいハイブリッド自動車のニーズが高まっているが、その生産のためには室温において30kOe以上の保磁力を持つNd-Fe-B系焼結磁石が一台あたり約1kg必要である。このような室温の高保磁力は、実際に用いる200C程度の高温環境での保磁力維持のために必須であるが、現状ではその実現のため10wt.%ものDyを置換元素として用いている。この方法の問題点は、Dyの年間産出量が少ないことであり、高保磁力を持つNd-Fe-B系焼結磁石の生産量に制限を与えることである。一方、Nd-Fe-B系焼結磁石の保磁力を上昇させるためには、低温熱処理プロセスが有効であることが経験的にわかっている。われわれはこれまでに低温熱処理時における強磁場の効果について研究を行い、Cuを添加したNd-Fe-B系焼結磁石の粒界にはNd-Cu相やAl-Cu相が存在し、それらの共晶温度近傍において磁場効果が観測されることを報告してきた。本講演では、磁場効果のメカニズムを界面構造の観点から明らかにする目的で中性子小角散乱実験を行い、平均的な粒界構造の評価を行った結果について報告する。
B sintered magnets武田 全康; 鈴木 淳市; 山口 大輔; 秋屋 貴博*; 加藤 宏朗*; 佐川 眞人*; 小山 佳一*
no journal, ,
Nd-Fe-B焼結磁石は市販されている永久磁石の中で最大のエネルギー積を持つために、現在では幅広い用途に使われている。現在、この磁石には、室温以上での使用環境下において保磁力の低下をおこさないように、希少金属であるDyを添加する必要がある。Dyを添加せずに高温でも保磁力を維持できるNd-Fe-B焼結磁石を実現するための鍵となっているのは、焼結前のグレインの粒径とグレインの境界付近の界面構造の制御であり、そのような界面構造の情報を得ることが必要不可欠である。われわれは、Nd-Fe-B焼結磁石に対し、強磁場を加えた状態で熱処理を行い、その熱処理温度を変えることで保磁力に差のついたNd-Fe-B焼結磁石試料の内部平均構造を中性子小角散乱法によって調べた。その際、偏極中性子による高感度測定を行った結果、外部磁場によって内部の磁気的な不均一性がほんのわずかに誘起されることを見いだした。その起源は、今のところ明らかになってはいないが、考え得る界面付近の構造モデルを幾つか紹介する。
武田 全康; 鈴木 淳市; 山口 大輔; 秋屋 貴博*; 加藤 宏朗*; 宇根 康裕*; 佐川 眞人*
no journal, ,
われわれは、Dy使用量を著しく下げたNd-Fe-B焼結磁石で、室温以上の使用環境化でも高保磁力を実現する鍵を握る、主相の結晶粒の大きさと保磁力、また、界面ナノ構造と保磁力との間の定量的な相関を明らかにするために、JRR-3に設置されているSANS-J-IIを使って、中性子小角散乱法により調べてきた。今回は、結晶粒径と焼結条件の違いにより保磁力が大きく変化すること、また、それに伴って中性子小角散乱パターンが敏感に変化する様子を報告するとともに、内部平均構造と保磁力の相関について議論する。
