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徳永 翔; 堀口 洋徳; 中村 剛実
JAEA-Technology 2023-001, 37 Pages, 2023/05
JAEA-Technology-2023-001.pdf:1.39MB
研究用原子炉JRR-3の冷中性子源装置(Cold Neutron Source: CNS)は、原子炉内で発生した熱中性子を減速材容器内に貯留した液体水素により減速し、エネルギーの低い冷中性子に変換する装置である。CNSから発生した冷中性子は、中性子導管を用いて実験装置に輸送され、生命科学、高分子科学、環境科学等を中心とする多くの物性研究に利用されている。中性子科学における世界の研究用原子炉との競争力を維持するためには、冷中性子強度の改善は不可欠であり、新たな知見を取り入れた新型CNSの開発を進めている。現行のJRR-3のCNSの減速材容器は、水筒型のステンレス製容器を採用しており、材質及び形状の変更により冷中性子束の強度を向上させることが可能である。そのため、新型減速材容器の基本仕様は、材質を中性子吸収断面積の小さいアルミニウム合金に変更し、さらに、モンテカルロ計算コードMCNPを用いて最適化した容器形状に変更した。これらの仕様変更に伴い、発熱や伝熱の条件に変更が生じることから、熱流力設計上の成立性を確認するため、JRR-3のCNSについて自己平衡性、熱輸送限界及び耐熱・耐圧等について改めて評価を行った。本報告書は、新型減速材容器に関わる熱流力設計上の評価を実施し、その結果を纏めたものである。
徳永 翔; 井口 晋太郎; 川村 奨; 平根 伸彦
JAEA-Technology 2022-004, 74 Pages, 2023/02
JAEA-Technology-2022-004.pdf:2.46MB
JRR-3原子炉施設は、平成25年12月に施行された「試験研究の用に供する原子炉等の位置、構造及び設備の基準に関する規則」への適合性を示すため、平成26年9月に原子炉設置変更許可を申請し、平成30年11月に許可を取得した。その後、原子炉設置変更許可申請書に記載された設計方針に基づき内部溢水の影響評価を実施した。内部溢水に対する法令の要求事項は、施設内で発生した内部溢水により必要な安全機能を喪失しないこと及び施設内で放射性物質を含む液体の溢水が発生した場合に、当該液体が管理区域外へ漏えいしないことの2点である。これらの要求事項に対して、それぞれ溢水源を想定し、必要な安全機能を喪失しないこと及び管理区域外へ放射性物質を含む液体が漏えいしないことを確認した。当該評価については、設計及び工事の計画を分割申請し、順次認可を取得した。本報告書は、JRR-3原子炉施設における内部溢水影響評価の結果を示すものである。
中村 剛実; 徳永 翔; 菊地 将宣
no journal, ,
日本原子力研究開発機構の研究用原子炉JRR-3では、冷中性子源減速材容器の更新を予定しているため、冷中性子源の強度増強を目的に、減速材容器の高性能化のための概念設計を実施した。核特性解析により最適形状を決定したため、新型容器の特性について報告する。
中村 剛実; 徳永 翔; 菊地 将宣
no journal, ,
日本原子力研究開発機構の研究用原子炉JRR-3では、冷中性子源減速材容器の更新を予定している。冷中性子源の強度増強を目的に、減速材容器の高性能化のための概念設計を実施した。核特性解析により最適形状を決定したため、新型減速材容器の特性について紹介する。
徳永 翔; 中村 剛実; 菊地 将宣
no journal, ,
日本原子力研究開発機構の研究用原子炉JRR-3では、将来的に冷中性子源装置の一部である減速材容器の更新を予定している。冷中性子源の強度増強を目的に、減速材容器の高性能化のための概念設計を実施した。核特性解析により決定した最適形状について流動解析を行い評価した。新型容器の特性について紹介する。
徳永 翔; 中村 剛実; 菊地 将宣; 野口 浩徳*; 小田 泰嗣*
no journal, ,
CNS系全体を含む高性能減速材容器の水素流動解析手法を検討するため、RELAP5/MOD3.2による容器を含む系全体の管路網解析及び概念設計で考慮されていなかった物理モデルを追加したANSYS-FLUENTによる減速材容器部CFD解析を組み合わせて評価した。計算結果の妥当性については、現在の水筒型容器における原子炉外作動試験の結果と良く一致した数土の式を用いて比較検討した。
中村 剛実; 徳永 翔; 菊地 将宣
no journal, ,
JRR-3冷中性子源装置(CNS)の高性能化として、アルミニウム合金(A6061)製の高性能減速材容器を開発している。CNSでは、ヘリウム冷凍機により冷却されたヘリウムガスを使用したコンデンサにより水素ガスを冷却し液化する。ヘリウム冷凍機が停止しコンデンサの冷却能力が失われると、減速材容器への液体水素の供給が停止し、核発熱等により加熱された容器の温度は上昇を開始する。高性能減速材容器の材料であるA6061は、100
C以上の温度領域で機械的強度が低下し、クリープも起こりやすくなるので、容器の最高温度が100Cを超えないように管理する必要がある。今回、高性能減速材容器の発熱計算とヘリウム冷凍機停止後の減速材容器の温度の時間変化を計算し、容器の健全性について評価した。
菊地 将宣; 中村 剛実; 徳永 翔; 小田 泰嗣*
no journal, ,
基本設計を行っている減速材容器(A6061材)の構造強度については、高速中性子の照射環境下ではA6061材の伸びが減少することから、発生応力に対して弾性範囲内に収めることが重要である。概念設計からの形状変更として製作性を考慮し、容器内面に対して構造の不連続部を無くすためフィレットを設け、平板部を肉厚補強及び低応力部をテーパーで削除した容器形状を検討している。また、外側容器及び内側容器を分割溶接とし、溶接位置は最大応力から離した位置で設定する。その有効性を検証するため、最大圧力で塑性変形の有無を確認する。また、新規容器は船底型の薄肉特殊形状であることから、発電用原子力設備規格設計・建設規格(JSME)等の構造規格が適用できないため、高圧ガス保安法に準拠するよう設計を検討している。そのため、高圧ガス保安法に要求されている4倍耐圧について、これに耐えうる設計であることを確認する。