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山口 俊弘; 大代 操; 小幡 真一; 木原 義之; 遠藤 秀男
JNC TN8410 99-011, 65 Pages, 1999/04
FBR発電コストの低減に向け、MOX燃料コストを低減することが重要課題の一つと考えられる。MOX燃料製造コストの低減は、(1)建設費、(2)運転費及び(3)部材費のそれぞれの低廉化することが重要である。そして、この低廉化は主として設備・機器の高度化・コンパクト化とプロセスの合理化等により達成することができる。この開発ステップとして、プロセスの簡素化による設備数の削減、稼働率の向上、製品品質の安定化、ホールドアップ量の低減、核物質搬送の効率化や運転員の削減による運転費の削減のためのプロセスの合理化を初めに進めることが重要であると考えている。そこで、このプロセスの合理化の方策として、平成7年に「ショートプロセス技術開発」が提案された。また、平成10年度の外部評価委員会での審議を受け、了解が得られた。本計画書は、ショートプロセス技術開発の概要を述べるとともに、今後の4年間で実施する基礎試験の実施計画書を示したものである。
造粒特性評価試験(1)、(2)結果野上 嘉能; 小幡 真一; 倉上 順一; 飯村 直人; 檜山 敏明; 小沼 勝弘*
PNC TN8410 98-109, 118 Pages, 1998/06
(目的及び概要)プルトニウム燃料開発室では、FBRの炉心性能の高度化を目指し、FBR用中空ペレットの開発を進めている。本試験は、中空ペレット製造用の流動性の高い造粒粉の製造条件及び流動性などの工程管理値を得ることを最終目的として、DUO粉末(JCO製)を用いた試験を行ったものである。試験(I)では、造粒条件としてバインダ添加率、粗成形圧、分級サイズを試験因子として、これらが造粒粉の流動性に与える影響及び造粒粉のダイスへの充填性に与える影響を評価した。試験(II)は試験(I)の補足試験及び日欧専門家会議での情報に基づいた無バインダによる中空ペレットの製造を行った。(結果)(1)DUO粉(JCO製)を用いたルブリカント無添加の造粒粉において、(圧縮度と安息角から求めた)流動性指数を分散分析すると、分級サイズ(212
850
mの間で6サイズ)は流動性指数に影響を与えていると認められなかった。バインダ添加率(0.51.0wt%)と粗成形圧(13t/cm
)は、危険率5%で流動性に影響を与えていると認められ、その水準間の母平均の推定値の差は、2.22.4であった。この値は、流動性の程度の幅(流動性指数で10)と比べて十分小さいことから、本試験条件が造粒粉の流動性の程度に与える影響は少ないと考えられる。(2)DUO粉の圧縮率と流動指数の結果は、Carr、坂下らのグラフにほぼ一致したこと、DUO粉の安息角、圧縮度、スパチュラ角と流動性指数は、いずれも相関係数が高かった(r=0.920.99)ことから、これらの測定値から流動性指数を求められることが分かった。(3)無バインダのDUO粉で得られた粗成形タブレットは、取り扱い上支障の無い強度で、重量の標準偏差はバインダ添加率0.5%の場合より、タブレット重量が3%程度少なかった。粗成形タブレットの解砕後の1回目の分級収率(212850m)は、バインダ添加率0. 5wt%の場合と同等であった。焼結ペレット は、外観、金相、寸法密度検査結果から見て問題なく、バインダ添加率0.5wt%の場合より2%T.D.程度、高密度(
96%T.D.)の焼結ペレットを得ることができた。
成田 大祐; 大代 操; 吉田 真之*; 小幡 真一; 関 正之; 檜山 敏明; 上村 勝一郎
PNC TN8410 97-045, 21 Pages, 1997/03
本試験は、予備焼成雰囲気としてAr-5%H2、N2及びCO2ガスを用い、ステアリン酸亜鉛及びアビセルを添加したPu富化度30wt.%混合酸化物燃料ペレットの予備焼成時の脱炭効果、またそれが焼結挙動に及ぼす影響を調べたものである。実施した試験の結果から、以下のことが結論として言える。(1)Ar-5%H2、N2及びCO2ガス雰囲気中における予備焼成時の炭素の脱離はペレットから分離・放出された酸素及び雰囲気中の不純物酸素との間で生じるC+1/202=CO反応が主として寄与するものと考えられる。従って、脱炭効果はペレットのO/Mが高く、雰囲気の酸素ポテンシャルが高いほど大きくなると推定される。(2)ステアリン酸亜鉛及びアビセルを添加した場合の焼結密度は、CO2ガスの方が炭素の脱離が十分進むため相対的に高くなるが、Ar-5%H2ガス予備焼結ペレットでは残存炭素の影響により低くなる。(3)ステアリン酸亜鉛のみ添加し、CO2ガス雰囲気で予備焼成したペレットの焼結密度は、原料粉末粒子の凝集強度及び粒子形状に起因し、低くなる場合と高くなる場合がある。(4)予備焼成雰囲気としてCO2ガスを使用する場合は、試料皿(Mo)との間でMo+2CO2=MoO2+2CO反応によるMo皿の酸化が起こるため、それに留意する必要がある。
野上 嘉能; 小幡 真一; 上村 勝一郎
PNC TN8410 96-218, 216 Pages, 1996/07
(目的と概要)FBR燃料用中空ペレット製造技術開発課題の一つに中空コアロッド材料の長寿命化がある。本報告書は、成形時における中空コアロッドの摩耗形態を模擬した試験機(ピンオンディスク式摩耗試験機)を用いて、試験片の加圧力、MOX圧粉体模擬材の硬さを因子として、中空コアロッド候補材料の耐摩耗性の比較と実用上の性能基準との比較評価を行った結果に関するものである。(結果)(1)中空コアロッド候補材料の寸法減量から見た耐摩耗性の優劣は、次の通り。(劣)SKH51
GH880RAF1≒GA30(優)なお期待値を満足するのは、GA30-溶融シリカ-30kgf/cm2の条件のみであった。(2)中空コアロッド候補材料の表面粗さから見た耐摩 耗性の優劣は、次の通り。(劣)GH880RSKH51GA30≒1(優)なお全ての条件で期待値を満足した。(3)面圧が高いほど、またディスクが固い方が、ピンの寸法減量(換算値)が多い。(4)もんじゅ取替燃料製造実績から、金型寿命は20ロット程度(成形回数42万回、摺動距離8,400mに相当)であれば十分であると思われるこの条件を満足するのは、AF1-溶融シリカ-70kgf/cm2及び30kgf/cm2、AF1-カーボンセラミックス-110kgf/cm2、GA30-溶融シリカ-30kgf/cm2、GA30-カーボンセラミックス-110kgf/cm2、GH880R-溶融シリカ-30kgf/cm2であった。本報告書は、動力炉・核燃料開発事業団が住友金属テクノロジー株式会社に委託して実施した研究の成果を元に、本試験に至る経緯、試験の評価基準、動力炉・核燃料開発事業団としての考察、まとめ及び今後の課題について加筆したものである。
野上 嘉能; 飯村 直人; 宮本 寛; 小幡 真一; 上村 勝一郎
PNC TN8410 96-214, 36 Pages, 1996/07
FBR用中空ペレットは、FBRの炉心性能の高度化を目指して開発されている。動燃では、照射試験燃料としての中空ペレット製造経験を有しているものの、ドライバー燃料規模の量産経験が無い。中実ペレット製造法と異なるのは、成形時に中空コアロッドが必要となる点であり、この点を中心とした製造技術開発が求められている。プル開室においては、関係各部との調整の上、全体計画に沿った基礎技術開発基本計画(平成5年10月PNCZN841093-216)を策定し、今日までこれに沿った中空ペレット製造基礎技術開発を推進してきた。平成7年10月の「報告と講演の会」で燃料の太径化及び高線出力化による原子炉の「経済性と信頼性」向上を図る旨の報告がなされたことを契機として、MOX燃料高度化計画全体の中での中空ペレット製造技術開発計画の策定の動きが活発になってきている。プル開室においてもPu規格外品の再確定作業以降の計画立案上、現在の到達点を明らかにしておく必要があると判断した。これらの理由から、これまでプル開室で実施してきた中空ペレット製造技術開発の経過、実績及び得られた知見について整理し報告するものである。現在のところ、成形設備に用いられる中空コアロッドの開発はほぼ終了し実規模量産試験に供するところまで来たが、製造技術及び物性評価についてはUO2での造粒試験を実施した所までである。中空ペレット量産化のために、今後プル工場において実規模UO2、MOX中空ペレット量産試験を実施していくが、これと残された基礎試験(中空ペレットを製造する上で最適な造粒、成形、焼結条件の把握及び、粉末流動性評価手法の最適化など)を実施していく必要がある。
飯村 直人; 小幡 真一; 野上 嘉能; 豊島 光男; 関 正之; 深川 節男; 大内 隆雄
PNC TN8410 96-198, 235 Pages, 1996/06
水炉用MOX燃料の高燃焼度化(燃焼初期の出力ピーク低減及び燃焼中の出力変化低減)を達成する方策として有効な、ガドリニア添加MOX燃料の照射挙動及び健全性評価を目的に、ノルウェーのハルデン炉で行う照射試験用燃料要素24本を製造した。製造した燃料要素はMOX及びUO2燃料であり、MOX燃料要素20本は、中空ペレットスタックの中空部にガドリニア棒を挿入したDuplexタイプ燃料(8本)、燃料中心温度測定を行うための計装を取り付けた中空ペレットタイプ燃料(7本)及び中実ペレットタイプ燃料(5本)である。また、UO2燃料要素4本は、全て中空ペレットスタックの中空部にガドリニア棒を挿入したDuplexタイプ燃料である。その他の燃料仕様パラメータにはペレット・被覆管ギャップ幅(=ペレット・外径3水準)、ガドリニア棒の組成及び外径(=中空ペレット内径・2水準)がある。尚、燃料ペレットの形状は、中空ペレットはチャンファ付、中実ペレットはディシュ・チンファ付である。各燃料要素の上部プレナム部には、プレナムスプリングが配されており、各種の計装付き端栓を取り付けた後に5kg/cm2・aの圧力でヘリウムを封入し、溶接密封した構造となっている。本報告書は、製造時及び品質検査時の詳細なデータ(サーベランスデータ)を収録したものである。
上村 勝一郎; 小幡 真一; 加藤 正人; 平子 一仁*; 河野 秀作; 矢野 総一郎; 藤田 伸一*
PNC TN8100 96-006, , 1996/06
本資料は、東海事業所プルトニウム燃料開発室で現在実施している各種研究開発の内容と成果の概要及び計画をまとめたものである。なお、各研究開発項目については、平成7年度プルトニウム燃料開発室年報あるいは個別の社内技術資料として詳細に報告がなされており、本資料集はそれらをダイジェスト版的にまとめたものである。
O
燃料開発; 照射用計装付燃料棒の製作と照射試験計画河野 秀作; 加藤 正人; 矢野 総一郎; 関 正之; 小幡 真一; 菊池 圭一; 上村 勝一郎
動燃技報, (96), p.56 - 65, 1995/12
水炉用MOX燃料の高燃焼度、長寿命化の要請に伴って、燃焼初期の出力ピーキングを低減するため、GdOを添加した燃料の必要性が生じてきている。そこで空中MOX燃料にGdO棒を挿入したタイプの燃料について、来年度よりハルデン炉において照射挙動データの確認およびUO-GdO燃料の照射挙動との比較評価を目的とした照射試験を計画している。二つの照射試験に先立って、GdO棒、(Gd、Zr)Oy棒および試験燃料棒を製作し、以下の結果が得られた。(1)押出し成形法により、直径が1.24
0.02mmおよび1.850.03mmで、長さ約170mm、密度95%TD、純度99.9%以上のGdO棒および(Gd、Zr)Oy棒を製作できた。(2)試験用MOX燃料ペレットの中空径が1.8860.018mmおよび2.6770.005mmの中空ペレットを製作できた。(3)燃料棒内を所定のヘリウムガスで加圧封入した試験燃料棒を製造し、加圧封入最適条件を把握できた。その結果、充填圧は目標充填圧5kg/cm・aに対して、平均4.972kg/cm・a、標準偏差0.005kg/cm・aと安定したヘリウムガス圧の燃料棒が得られた。
上村 勝一郎; 山本 純太; 河野 秀作; 檜山 敏明; 高橋 邦明; 小幡 真一; 矢野 総一郎; 関 正之
PNC TN8410 95-045, 360 Pages, 1995/02
本報告書は、平成4年度と6年度に、それぞれATR燃料とFBR燃料についての事業団の評価委員会による中期評価が行なわれたことを機に、これまでのプルトニウム燃料の研究・開発成果をレビューし、今後のプルトニウム燃料研究・開発の計画策定や遂行に当っての参考にするために、プルトニウム燃料第一開発室におけるこれまでの約30年間にわたるプルトニウム燃料の研究・開発成果を整理しとりまとめたものである。本報告書では、これまでのプルトニウム燃料の研究開発成果について、1.プルトニウム燃料開発の経緯、2.燃料研究、3.燃料技術開発、4.新型燃料研究開発、5.材料試験に分類し、プルトニウム燃料第一開発室における研究・開発の変遷について概観したあと、物性研究、照射試験、燃料製造技術開発、燃料要素加工技術開発、照射燃料製造の実績、分析技術開発、新型燃料研究開発、材料試験の各試験研究の主要な成果について、それぞれ目的、内容、成果及びその評価と今後の課題の各項目毎に整理した。
飯村 直人; 豊島 光男; 小幡 真一; 飛田 典幸; 宮内 正美; 深川 節男; 上村 勝一郎
PNC TN8410 94-224, 108 Pages, 1994/06
本報告書は、「常陽」運転工程第29サイクルから照射開始予定のB型試験用集合体(B9)に装荷するLDP-3特殊燃料要素の製造、加工における諸データを整理、収録したものである。LDP-3特殊燃料要素は、概念設計段階におけるFBR大型炉燃料仕様を基に、種々の燃料概念をパラメータとする燃料ピンを到達燃焼度130,000MWd/tを目標に「常陽」において照射し、大型炉燃料の設計研究の妥当性の確認、高性能材料を被覆管材〔高Niオーステナイト系ステンレス鋼(PNC1520)及びオーステナイト系ステンレス鋼(PNC1525)〕とする燃料ピンの高燃焼度における照射挙動データを取得することを目的としたものである。燃料ピン外径は8.5MMであり、これまでの太径ピン照射試験(LPD-1、2試験)での7.5MMに比べて大型炉燃料仕様により近い形状になっている。また、中空ペレットを用いての本格的な照射試験であることも大きな特徴である。さらに被覆管材の一としてオーステナイト系ステンレス鋼(PNC1525)については、燃料ピンでの初めての照射となる。
宮本 寛; 加藤 直人; 野上 嘉能; 飛田 典幸; 小幡 真一; 山本 純太; 上村 勝一郎
PNC TN8410 93-216, 18 Pages, 1993/10
FBR用中空ペレットは,FBRの炉心性能の高度化をめざして開発されている。中空ペレットの製造は,中実ペレットの製造に比べて,成形するときに,中空用コアロッドが必要になる。この中空用コアロッドがあるため,粉末の特性管理のような基礎的課題から,成形装置の構造設計上の課題がある。本報では,FBR用中空ペレット製造技術開発の一環として,核開部プル開室が,所掌する基礎技術開発の基本計画について報告する。
野上 嘉能; 宮本 寛; 飛田 典幸; 小幡 真一; 上村 勝一郎; 山本 純太
PNC TN8410 93-228, 66 Pages, 1993/07
FBR用中空ペレット製造技術開発の一環として、成形用金型を試作した。本報告書は、今後実施される中空コアロッドの性能評価試験に供するため、金型の設計および強度、寿命についての予測解析を行い、試作結果についてまとめたものである。中空コアロッドの予備解析の内、座屈強度に関しては、超硬合金製では
1.50mm以上、SKH製では2.00mm以上のものが使用可能であった。しかし、中空コアロッドに働く軸圧縮力の計算条件に推定値が入っているため、それらの解析を待って、再解析する必要があると考える。疲労強度に関しては、超硬材製で1.50mm以上の場合49kg/mm2以上、SKH製で2.00mm以上の場合37kg/mm2以上の疲れ限度を有する材料であれば、使用可能と思われる。文献データから推定すると、SKH製で2.00mm以上の場合、疲労せず使用可能の見通しがある。超硬材製については、文献データからは推定できなかった。耐磨耗性については、超硬材のAF1が一番耐磨耗性が良かった。(以下、D2-G5-GH880R
SKH51-GH96Rの順)金型は、ウイズドロアル式プレス(Pu第1開発室R-125室既設)に取付けられるものであり、中空コアロッド、上・下パンチ、ダイスより構成される。試作金型は、予備解析及び使用実績等を基に各種超硬合金(4種類)及び高速度工具鋼(1種類)を用い、中空コアロッドのチップ径が1.002.50mm(0.5mmごと)のものを試作した。中空コアロッドは、チップ部の表面荒さを0.2S以内に抑え、目視上鏡面状態に仕上げた。取扱性は、チップ部が超硬合金の場合、WC-Coをベースにしているため、脆性破壊が予想されたにもかかわらず、指で3mm程度曲げたり、机の角部へ45cm上方から降り下ろしても破損せず、良好な状態であった。今後は、試作した金型を用いて、座屈強度、疲労強度、耐磨耗性の試験を行い金型の性能評価を実施する予定である。
芳賀 哲也; 小幡 真一; 河野 秀作; 上村 勝一郎; 長井 修一朗; 馬上 康*
PNC TN8410 92-064, 143 Pages, 1992/04
ATR実証炉において、冷却材喪失事故時に燃料被覆管がバルーニングした場合の、チャンネル内流路形状の変化を調べるため、多数ピンバルーニング試験を実施した。尚、本試験は電源開発株式会社との受託契釣に基づき、新型転換炉技術確証試験の一部として平成2年度から平成3年度に渡って実施したものである。本試験では、冷却材喪失事故条件を模擬して、実証炉集合体の一部を模擬した試験体のうちの被覆管7本を破裂させる方法で、内圧をパラメータとした試験を4体実施し、流路閉塞率を求めた。試験結果をもとに、燃料集合体のバルーニングによる流路閉塞率を検討した結果、集合体全断面の流路閉塞率は最大でも77%であり、再冠水実験に用いられた流路閉塞率条件である78%よりも小さいことが分かった。本試験の結果は、電源開発株式会社が行うATR実証炉冷却材喪失事故時の安全評価に使用される。
芳賀 哲也; 小幡 真一; 山口 俊弘; 上村 勝一郎; 長井 修一朗; 馬上 康*; 佐藤 克也*
PNC TN8410 91-078, 117 Pages, 1991/04
ATR実証炉の冷却材喪失事故時における燃料被覆管の外圧変形挙動評価に必要なデータを取得するため,温度,圧力,時間,初期楕円度の有無及び模擬ペレットの封入状態をパラメータとした炉外での外圧変形試験を行った。尚,本試験は電源開発株式会社との受託契約に基づき,新型転換炉技術確証試験の一部として平成2年度に実施したものである。本試験において求めた主な結果は以下のとおりである。1) ATR実証炉用被覆管の 0.2%, 0.5%, 1.0%及び 2.0%の変形量に対応する応力とLMPの関係の曲線を求めた。また, Life Fractionと変形量の関係の曲線を求めた。2) 被覆管に作用する応力とLMPの関係及び Life Fractionと変形量の関係について,ATR実証炉用被覆管とBWR用被覆管(文献値)を比較した。この結果,材料の違いによる差が認められた。3) 下降管完全両端破断(破断ループ)及び下降管中小破断の解析結果を包絡する条件,外圧70Kg/cm2,到達温度 640
,外圧保持時間20秒及び外圧50/cm2,到達温度 650,外圧保持時間130秒で得られた変形量は,LMP/LF法による変形量の予測値と,予測精度の範囲内で一致した。4)被覆管に170mの楕円度が発生した場合の下降管完全両端破断(破断ループ)の解析結果を包絡する条件(外圧70Kg/cm2,到着温度 640,外圧持時間20秒)で3本中1本が座屈した。5) 被覆管にATR実証炉の模擬ペレットを封入した試験片及びペレット間を25mm空けた試験片をそれぞれ5本ずつ座屈させた結果,リークは1本も認められなかった。以上の結果は,電源開発株式会社が行うATR実証炉冷却材喪失事故時の安全評価に使用される。
小幡 真一
PNC TN8410 90-028, 94 Pages, 1990/03
ATR実証炉の冷却材喪失事故時における燃料被覆管のふくれ挙動を評価するため、炉外での急速加熱単ピンバルーニング試験を行った。尚、本試験は電源開発株式会社との受託契約にもとづき、新型転換炉技術確証試験の一部として昭和62度から63年度に渡って実施したものである。バルーニング試験は内圧負荷状態の被覆管を水蒸気雰囲気中で急速に加熱することによって冷却材喪失事故を模擬し、ふくれ挙動に影響する被覆管の昇温速度と内圧をパラメータとして実施した。また試験結果を整理する上でふくれ開始点の歪量を2%と定義することの妥当性を追加実験によって確認した。以上の試験結果をもとにふくれ開始及び破裂の実験式を作成した。また試験条件が試験結果に与える影響や破裂時の温度とふくれ量の関係等についての考察を行うとともに軽水炉の安全評価に用いられるデータや他の研究機関で実施された試験の方法、結果との比較検討を行った。これらの結果は電源開発株式会社が行うATR実証炉冷却材喪失事故時の安全評価に使用される。
芳賀 哲也; 小幡 真一; 石川 敬志*; 鹿倉 栄*
PNC TN8410 87-024, 39 Pages, 1987/05
ATR実証炉燃料要素のLOCA時の被覆管外圧座屈は,起こらないと言われており,また仮に起こったとしても破損に至ることはないと言われている。しかし,"破損しない"と断言するにはデータ数が少く,それを実証するには十分な根拠となっていない。したがって,62年64年度に炉外試験を計画しており,その試験に先だちLOCA時を模擬した外圧座屈試験の呼び試験を実施した。 被覆管中空試験は,外圧を60,70kg/CM2として,座屈発生条件と座屈による破損の有無を調べた。また,模擬ペレットを封入した中実試験,および試験片中央部のペレットを1つ抜いた中央部欠損試験は,外圧を70kg/CM2として,座屈による破損の有無を調べた。 座屈発生条件は,外圧60kg/CM2の状態では680近傍で,外圧70kg/CM2の状態では620近傍で,それぞれ30秒後に座屈が発生することが判った。また,座屈による破損は,すべての試験片に認められなかった。 以上の実験により,LOCA時の外圧座屈が模擬でき,試験装置の設計政策に必要なデータが得られた。
立石 嘉徳*; 五十嵐 幸*; 神谷 和明; 小幡 真一; 沢山 幸夫; 広瀬 郁朗
PNC TN841 81-53, 51 Pages, 1981/09
高速実験炉「常陽」照射炉心,初装荷用被覆管(K,S材)の高温強度特性を評価するために,炉外クリープ試験を実施した。試験の結果を要約し以下に記す。(1)高温引張強度,高温内圧破裂強度ともにS材がK材を僅かに上回った。(2)両材の内圧クリープ破断強度はS材の方が若干高目ながら,ほゞ同程度にある。(3)K材,S材ともに,48年度から51年度にかけて製造された試作材の内圧クリープ破断強度を上回っている。とくにS材の強度は大きく向上しており,Tiの微量添加と溶体化処理温度を高めたことが影響していると考えられる。(4)単軸引張クリープ破断試験における両材の最小クリープ速度に大きな差はみられない。(5)両材の内圧クリープ破断強度を,第1次から第9次クリープ試験までの供試材の強度と,「常陽」MK‐および「もんじゅ」の設計条件で比較すると,最も高い値を示した第9次材と同等ないし若干上回る結果となっている。
三浦 信; 日高 康雄; 神谷 和明; 大森 拓郎; 小幡 真一; 田中 康正; 椎名 定; 小笠原 甲士
PNC TN841 79-12, 103 Pages, 1979/03
新型転換炉用新材料被覆管開発のため,昭和49年度に試作されたZr-1%Nb試作被覆管について,第一報に引続き評価試験を実施した。その結果,引張強さ・破裂圧力などの強度はZry-2と同程度であるが,破断伸び・最大円周伸びなどの延性はZry-2より低い値を示す。水中300における腐食試験ではZry-2と大差ないが,水蒸気中400における試験ではZry-2よりやや大きい腐食増量を示す。また,Zr-1%Nb合金に関する文献データを抜粋してまとめ,さらに,ソ連の軽水炉について要約した。
