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川口 浩一; 瀬川 智臣; 石井 克典
粉体工学会誌, 59(6), p.283 - 290, 2022/06
日本原子力研究開発機構では、高速炉用燃料製造プロセスにおける規格外ペレットを有効利用するため、これを粉砕して原料粉と混合して再利用する技術の開発を進めている。粉砕前後の粒子径分布を詳細に解析することにより、粉砕粉が粒子径分布の特徴の異なる3種類の成分粒子から構成されることを示した。また、供給粉粒子径分布から粉砕粉粒子径分布を予測する手法について検討した。
瀬川 智臣; 川口 浩一; 石井 克典; 鈴木 政浩; 立原 丈二; 高藤 清人; 沖田 高敏; 佐藤根 大士*; 鈴木 道隆*
Mechanical Engineering Journal (Internet), 8(3), p.21-00022_1 - 21-00022_9, 2021/06
MOX燃料製造工程におけるグローブボックス内の核燃料物質の滞留並びに外部被ばく線量の低減を目的として、グローブボックス構成材のアクリルへのナノ粒子コーティングによる粉末付着防止に係る技術開発を進めている。AFM測定により、ナノ粒子コーティングを施したアクリル試験片表面の二乗平均平方根粗さは、非コーティング面に比べて高い値を有することを確認した。ナノ粒子コーティングにより、表面にナノオーダーの微細な凹凸が形成され、アクリル試験片と観察された最小粒子径約5
mのUO
粒子との間に働く付着力が約10分の1に低下し、さらにMOX粉末の付着量が約10分の1に低減することが明らかになった。本研究によりグローブボックス構成材に対し、ナノ粒子コーティングを施すことにより、核燃料物質の付着防止効果が得られることがわかった。本手法は、グローブボックスにおける核燃料物質の滞留並びに外部被ばく線量の低減、アクリルパネルの視認性の改善に有効である。
山本 和也; 牧野 崇義; 磯 秀敏; 瀬川 智臣; 川口 浩一; 石井 克典
JAEA-Technology 2021-002, 31 Pages, 2021/05
JAEA-Technology-2021-002.pdf:4.37MB
MOX燃料製造工程において、規格外の混合酸化物ペレットを粉砕した乾式回収粉末を有効利用する乾式リサイクル技術の開発を進めている。乾式回収粉末は、現行の粉砕機により粗目(約250m以下)、中目(約100m以下)、細目(約10m以下)の3種類に粒度調整し、これを原料粉末に添加することで焼結ペレットの密度を制御する効果が一定程度得られている。本報告では、乾式回収粉末の粒度をより細かいレベルで調整することを目的とし、乾式回収粉末を粒子径250m以下の範囲で調整可能とする粉砕機として、石臼式粉砕機および衝突板式ジェットミルを選定し、MOXペレットの模擬材としてタングステンカーバイド・コバルト(WC-Co)ペレットを粉砕する粒度調整試験を実施した。石臼式粉砕機は、砥石クリアランスを調整することにより粒子径を一定の範囲で制御できるが、粒子径250m以上の粒子が多く排出される可能性がある。一方、衝突板式ジェットミルは、分級ゾーンクリアランスを調整することにより粒子径を250m以下の範囲で制御できる見通しが得られた。よって、衝突板式ジェットミルは石臼式粉砕機に比べ、乾式回収粉末の粒度調整に適している。
瀬川 智臣; 川口 浩一; 石井 克典; 鈴木 政浩; 深澤 智典*; 福井 国博*
粉体工学会誌, 57(9), p.485 - 494, 2020/09
使用済燃料の再処理工程において、硝酸ウラニル・硝酸プルトニウム混合溶液をマイクロ波加熱脱硝法により混合酸化物粉末に転換している。ラボスケールの基礎実験において研究開発された知見に基づき、工学規模への適用性の評価や金属硝酸塩水溶液の様々なマイクロ波加熱脱硝特性データを取得するため、硝酸セリウム,硝酸コバルト,硝酸銅水溶液を用いてマイクロ波加熱特性及び金属酸化物粉末特性の研究を行った。脱硝反応の進行速度は位置により差がみられ、周縁部の方が中心部に比べて脱硝反応が速く進行した。硝酸セリウム水溶液ではポーラスな硬い乾固体、硝酸コバルト水溶液では発泡乾固体、硝酸銅水溶液では粉末状生成物が得られることが分かった。生成物の脱硝率及び平均粒子径は、硝酸セリウム水溶液,硝酸コバルト水溶液,硝酸銅水溶液の順に大きくなることを確認した。数値シミュレーションにより、金属硝酸塩水溶液の底面周縁部はマイクロ波により加熱されやすく、脱硝反応が周縁部から開始する実験結果と一致することを明らかにした。
川口 浩一; 瀬川 智臣; 山本 和也; 牧野 崇義; 磯 秀敏; 石井 克典
粉体工学会誌, 57(9), p.478 - 484, 2020/09
衝突板式ジェットミルは、核燃料製造のために粒径調整可能な粉砕機として有望視されている。本ジェットミルは、分級機と粉砕室で構成される。粗粒成分は装置内を循環し、最終的に目的粒径まで粉砕される。本報告では、模擬粉砕粉を段階的に分級および粉砕し、粒度分布を比較した。衝突板式ジェットミルは過粉砕を抑えて目標粒径の粒子を製造できる。
瀬川 智臣; 川口 浩一; 石井 克典; 鈴木 政浩; 立原 丈二; 高藤 清人; 沖田 高敏; 佐藤根 大士*; 鈴木 道隆*
Proceedings of 2020 International Conference on Nuclear Engineering (ICONE 2020) (Internet), 6 Pages, 2020/08
MOX燃料製造工程におけるグローブボックス内の核燃料物質の滞留並びに外部被ばく線量の低減を目的として、グローブボックス構成材のアクリルへのナノ粒子コーティングによる粉末付着防止に係る技術開発を進めている。アクリル試験片にナノ粒子をコーティングすることにより、表面にナノオーダーの微細な凹凸が形成され、アクリル試験片と観察された最小粒子径約5mのUO粒子との間に働く付着力が約10分の1に低下し、さらにMOX粉末の付着量が約10分の1に低減することが明らかになった。本研究によりグローブボックス構成材に対し、ナノ粒子コーティングを施すことにより、核燃料物質の付着防止効果が得られることがわかった。本手法は、グローブボックスにおける核燃料物質の滞留並びに外部被ばく線量の低減、アクリルパネルの視認性の改善に有効である。
瀬川 智臣; 山本 和也; 牧野 崇義; 磯 秀敏; 川口 浩一; 石井 克典; 佐藤 寿人; 深澤 智典*; 福井 国博*
Proceedings of International Nuclear Fuel Cycle Conference / Light Water Reactor Fuel Performance Conference (Global/Top Fuel 2019) (USB Flash Drive), p.738 - 745, 2019/09
核燃料物質の有効利用のため、MOX燃料製造プロセスにおいて混合酸化物ペレットの乾式粉砕技術の開発を進めてきた。乾式回収粉の粒径を250m以下の範囲で制御する技術を開発するために、粒度約500mの模擬粉末を用いて、石臼式粉砕機および衝突板式ジェットミル両方の性能を評価した。石臼式粉砕機においては砥石間のクリアランス、また衝突板式ジェットミルにおいては分級ゾーンのクリアランスと仰角を調整することにより、粒径を250m以下の範囲で制御できることが明らかとなった。さらに、衝突板式ジェットミルは分級機のパラメータを細かく調整することができるため、粒径制御に適していると考えられる。
瀬川 智臣; 川口 浩一; 加藤 良幸; 石井 克典; 鈴木 政浩; 藤田 峻也*; 小林 昌平*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 湯淺 朋久*
Proceedings of 2019 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2019) (Internet), 9 Pages, 2019/05
硝酸ウラニル・硝酸プルトニウム混合溶液から混合酸化物への転換において、マイクロ波加熱脱硝法が利用されている。マイクロ波加熱の効率性及び均質なUO
粉末を製造するための加熱均一性の向上を目的とし、塩化カリウム寒天及び硝酸ウラニル溶液のマイクロ波加熱試験、並びに数値シミュレーションによる解析を実施した。硝酸ウラニル溶液の誘電損失に調整した塩化カリウム寒天を用いたマイクロ波加熱試験により、マイクロ波加熱脱硝に最適なサポートテーブル高さは50mmとなることを確認した。また、断熱材を用いた硝酸ウラニル溶液のマイクロ波加熱試験により、脱硝時間の短縮によるエネルギー利用効率の向上及び脱硝体の剥離性が改善による収率の向上を確認した。さらに複数のサンプリング位置において採取したUOについて、いずれも粉末特性が改善し高密度のペレットが作製可能となることが明らかになった。断熱材を設置することで硝酸ウラニル溶液のマイクロ波加熱の均一性が向上することが数値シミュレーションにより示された。
石井 克典; 瀬川 智臣; 川口 浩一; 鈴木 政浩
Proceedings of 2019 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2019) (Internet), 5 Pages, 2019/05
原子力機構は簡素化ペレット法MOX燃料製造プロセスの開発を実施している。簡素化法では、マイクロ波加熱脱硝法で製造したMOX粉末を焙焼・還元した後、湿式造粒法により流動性の改良を行っている。前報では、成型に適した造粒粉を効率的に製造するため、湿式造粒機と整粒機から構成される造粒システムが提案された。本研究では、湿式造粒機の改良を行うとともに、補助機器を追加することにより造粒システム試験装置を完成させ、WO粉を用いて装置の性能確認試験を実施し、原料粉が成型に適した粒径で流動性が良い造粒粉に転換できることを確認した。また5kgの粉末の処理に要した時間は約70分で、目標時間をほぼ満足することができた。
藤田 峻也*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 湯淺 朋久*; 瀬川 智臣; 加藤 良幸; 川口 浩一; 石井 克典
Proceedings of 11th Korea-Japan Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-11) (Internet), 7 Pages, 2018/11
使用済燃料の再処理工程において、硝酸ウラニル・硝酸プルトニウム混合溶液をマイクロ波加熱脱硝法により、酸化ウラン・酸化プルトニウム混合酸化物粉末に転換しており、今後、量産規模の脱硝技術を開発する上で、マイクロ波加熱時の突沸及び噴きこぼれ防止のために運転条件の把握が求められる。本研究において、溶液の誘電率の増加に伴い熱伝導係数が低下することを明らかにした。また、噴き上げ現象においては気泡成長よりも無数の微小気泡の発生が支配的に影響を及ぼすと考えられる。
瀬川 智臣; 川口 浩一; 石井 克典; 鈴木 政浩; 有満 直樹*; 吉田 英人*; 福井 国博*
Advanced Powder Technology, 26(3), p.983 - 990, 2015/05
被引用回数：8 パーセンタイル：27.86(Engineering, Chemical)使用済み燃料の再処理工程において、マイクロ波加熱直接脱硝法による硝酸ウラニル・硝酸プルトニウム混合溶液から混合酸化物粉末(MOX原料粉末)への転換が行われている。マイクロ波加熱法に対する酸化物添加法と断熱材の効果を明らかにするため、マイクロ波加熱法による硝酸ニッケル六水和物(Ni(NO)・6HO)の水溶液の脱硝について研究を行った。Ni(NO)・6HO水溶液はマイクロ波吸収性が低く、マイクロ波照射により300
C以上に昇温することができず、脱硝生成物(NiO)の最終生成物をこれまで得ることができなかった。そのため、コンタミネーションを伴わない新たなNiOの合成法として、マイクロ波アクセプターとしてNiO粉末を添加する手法を開発した。さらに、反応容器周辺に断熱材を設置することにより試料温度の均一性が向上し、NiOへの脱硝率を大幅に改善することができた。数値シミュレーションにおいて断熱材を設置した場合の電界分布は顕著に変化し、温度分布の不均一性が低下することが明らかとなった。シミュレーションによる温度分布を基に算出したNiOへの脱硝率は、実験結果と概ね一致する傾向にあることを確認した。
八巻 辰徳*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 瀬川 智臣; 川口 浩一; 山田 美一; 藤井 寛一*
Journal of Nuclear Science and Technology, 52(2), p.241 - 250, 2015/02
被引用回数：3 パーセンタイル：25.85(Nuclear Science & Technology)日本ではマイクロ波加熱脱硝(MH)法により、使用済み燃料から回収したU-Pu混合硝酸溶液からU-Pu混合酸化物(MOX)粉末が得られる。このMH法によって得られたMOX粉末はFBR用MOX燃料として利用される。MH法では沸騰現象が伴うことから、将来に向けた量産規模の脱硝技術開発には、突沸及び噴きこぼれを避ける運転条件を把握する必要がある。そこで本研究では、マイクロ波加熱時の沸騰現象の解明を目的とし、解明への第一ステップとして蒸留水を用いた実験を実施した。突沸は単一気泡の発生がトリガーとなって突沸に発生に至ることが観測された。また、突沸現象の発生限界は、液体に吸収される熱量と液面から放出される熱量に相関することが明らかとなった。
八巻 辰徳*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 瀬川 智臣; 川口 浩一; 山田 美一
Proceedings of the 22nd International Conference on Nuclear Engineering 2014 (ICONE-22), Vol.2A, p.V02AT09A011_1 - V02AT09A011_10, 2014/07
核燃料サイクルにおける転換工程では、マイクロ波加熱直接脱硝法により使用済み燃料の硝酸プルトニウム・硝酸ウラニル混合溶液をMOX粉末に転換している。従来の平皿容器に比べて高速・大容量が期待された円筒容器では、マイクロ波加熱時に突沸による吹き零れ現象が発生し、装置設計の最適化や運転条件の安全性が求められることから、マイクロ波加熱時の突沸及び噴き零れのメカニズム解明を行った。水のマイクロ波加熱試験結果により、突沸の条件と蒸発により放出されるエネルギーと吸収電力量の関係を明らかにした。また、硝酸プルトニウム・硝酸ウラニル混合溶液の模擬溶液としてKCl水溶液及びKCl寒天を用いたマイクロ波加熱試験により、KClの濃度が増加するに従い、外表面が加熱され、流動構造が変化することがわかった。
中山 茂*; 川口 浩一; 瀬川 智臣; 山田 美一
Proceedings of 19th International Symposium on Artificial Life and Robotics (AROB 2014) (CD-ROM), p.246 - 249, 2014/01
核燃料製造プロセスにおいて、臨界安全管理の理由で水分量は重要なパラメータである。将来の商業プラントを考慮すると、迅速で耐久性に優れた水分センサーが必要とされる。我々は物質中の水分を測定するための開口端同軸マイクロ波共振器センサーを開発してきた。このセンサーは半導体素子を持たないため、強い放射線場で使用できる。本論文では、結合剤として水を用いた造粒工程におけるMOX(UO+PuO)中の水分測定のための予備試験を行った。予備試験では、MOX造粒粉を模擬するために、MOXに近い比誘電率を持ち、顆粒内部に水を保持できる空隙を持つ三酸化タングステン(WO)造粒粉を用いた。マイクロ波による水分測定の原理は次の通りである。パイレックスビーカに入れたWOを共振器の開口端に置くと、WOと空気との誘電率の違いによる静電容量の変化によって共振周波数がシフトする。さらに、WOによるマイクロ波吸収によって共振曲線のピークが減衰する。それゆえ、周波数シフトまたは減衰のどちらを測定することによってもWO中の水分量を推定できる。これらはトラッキングジェネレータおよびスペクトルアナライザによって測定できる。
塩谷 洋樹; 宇都 成昭; 川口 浩一; 篠田 佳彦*; 小野 清; 難波 隆司
Proceedings of 20th International Conference on Nuclear Engineering and the ASME 2012 Power Conference (ICONE-20 & POWER 2012) (DVD-ROM), 10 Pages, 2012/07
本報告では、「高速増殖炉サイクルの実用化戦略調査研究」での高速増殖炉サイクル概念の特性評価とFaCT(高速増殖炉サイクル実用化開発)プロジェクトの性能目標達成度評価を議論する。我が国では、達成度評価は評価のニーズや目的に応じて変化してきた。FSでは意思決定手法が適用されたが、FaCTフェーズIでは開発の方向性の確認が重視された。とりわけ、FaCTフェーズIでの達成度評価では、高性能を達成するために設計要求が挑戦的に設定されたため、幾つかの点で未達の項目もあったものの、全体的には、日本の原子力委員会によって設定された性能目標はおおむね達成された。
塩谷 洋樹; 小野 清; 小川 隆; 駒 義和; 川口 浩一
Proceedings of 2009 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '09) (CD-ROM), p.9419_1 - 9419_10, 2009/05
FaCTプロジェクトで開発中のFBRと関連燃料サイクル施設への典型的な移行シナリオに関して、予備的な包括評価を実施した。各施設における物質の組成評価や廃棄物発生量評価に加え、長期的な経済性を把握するために22世紀までのキャッシュフローと平均発電原価を試算した。廃棄物発生量とキャッシュフローのピークが数か所で見られたが、発電所と軽水炉使用済燃料の再処理施設の廃止と建設が原因であった。さらに、異なる増殖比,共用の再処理施設,MA(Am-Cm)リサイクルの有無に着目した比較を試みた。例えば、増殖比については、導入期の最適な炉心として増殖比1.1から1.2の間で検討されることは合理的であるとの暫定的な結論が得られた。
川口 浩一; 滑川 卓志
Proceedings of International Conference on Advanced Nuclear Fuel Cycles and Systems (Global 2007) (CD-ROM), p.290 - 295, 2007/09
環境負荷低減を目的にマイナーアクチニド(MA)を炉内で燃焼させるTRU燃料は、含有するMAの崩壊熱により、高い発熱を示す。簡素化ペレット法燃料製造システムにおいては、原料粉末やペレットの酸化,被覆管の酸化等の影響が懸念される。発熱量20W/kgHM程度の燃料を扱う燃料製造システムにおける除熱対策の概念検討を行い、粉末容器,O/M調整炉,燃料要素バンドルについて熱流動解析によって対策の有効性を確認した。
川口 浩一
第4回再処理リサイクルセミナーテキスト, P. 147, 2006/05
簡素化ペレット法燃料製造システムは、湿式再処理製品のPu富化度調整済み溶液を出発物質に、脱硝・転換により混合酸化物(MOX)粉末を生成し、ペレットに成型・焼結した後、被覆管に充填し燃料集合体に組上げる燃料製造システムである。セル内での燃料の量産においては、燃料微粉末の発生・飛散を低く抑えることが重要である。燃料微粉末の飛散は、在庫差(MUF)の増大,燃料の予期せぬ集積による臨界のおそれ、機器への付着による故障、保守補修時の被ばく増大、廃棄物の放射能増大などの要因となる。本システムでは、従来法によるペレット燃料製造に比べて、燃料微粉末の発生・飛散の源となる粉末混合工程を削除している。また特に燃料微粉末が発生・飛散しやすい機器に対しては、フードによる閉じ込めと集塵機による回収により、セル内空間への燃料粉末の飛散を防ぐ設計としている。また、本システムに対応する要素技術開発の取り組みとして、燃料粉の流動性向上による金型への粉末充填率向上,ダイ潤滑成型技術の開発,低除染MA含有MOXの焼結技術開発,燃料ペレットの遠隔製造技術の開発を行っている。
滑川 卓志; 川口 浩一; 小池 和宏; 原口 信吾; 石井 暁
Proceedings of International Conference on Nuclear Energy System for Future Generation and Global Sustainability (GLOBAL 2005) (CD-ROM), 6 Pages, 2005/10
実用化戦略調査研究における低除染TRU燃料製造システムについてプラント概念を構築し、システム評価を実施した。簡素化ペレット法は従来法の実績経験を有するため早期の実用化が期待される。ゲル化法は溶液及び顆粒として物質取扱するため微粉飛散が少ない利点がある一方、多量の工程廃液処理によるコスト増大が課題である。射出鋳造法は小規模施設での経済性に優れるが、TRU金属合金スラグ製造性の立証を要する。窒化物燃料に関しては、N-15回収再利用に関する技術開発が必要である。特に、被覆粒子燃料製造においては、コーティング及び集合体形成プロセスで更なる技術開発が求められている。
川口 浩一; 滑川 卓志; 鈴木 嘉浩; 原口 信吾*
Proceedings of 13th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-13) (CD-ROM), 7 Pages, 2005/05
LWRからFBR燃料サイクルへの転換期の小規模製造システムについて、先進FBR燃料製造システムの概念設計研究を行った。50tHM/年の小規模では、乾式製造システムは湿式に比べ廃棄物発生量が多くなるが、より優れたコストパフォーマンスを有している。
