先進型原子炉の設計プロセスの革新を実現するARKADIAの開発(設計最適化支援ツールARKADIA-Designにおける最適化プロセスの開発)

田中 正暁; 堂田 哲広; 横山 賢治; 森 健郎; 岡島 智史; 橋立 竜太; 矢田 浩基; 大木 繁夫; 宮崎 真之; 高屋 茂

第26回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集(インターネット), 5 Pages, 2022/07

https://doi.org/10.1299/jsmepes.2022.26.A221

原子力イノベーションにおいて民間で実施される多様な炉システムの概念検討への支援を目的とし、既往知見を最大限活用した設計最適化や安全評価を実現するAI支援型革新炉ライフサイクル最適化手法「ARKADIA」の開発を開始した。その一部として、設計基準事象までを対象に開発している「ARKADIA-Design」によって実現する、炉心及び炉構造分野での設計検討、並びに保守・保全計画立案に関わる最適化プロセスの具体化検討について報告する。

Gapless spin liquid in a square-kagome lattice antiferromagnet

藤原 理賀*; 森田 克洋*; Mole, R.*; 満田 節生*; 遠山 貴巳*; 矢野 真一郎*; Yu, D.*; 曽田 繁利*; 桑井 智彦*; 幸田 章宏*; et al.

Nature Communications (Internet), 11, p.3429_1 - 3429_7, 2020/07

https://doi.org/10.1038/s41467-020-17235-z

Observation of a quantum spin liquid (QSL) state is one of the most important goals in condensed-matter physics, as well as the development of new spintronic devices that support next-generation industries. The QSL in two-dimensional quantum spin systems is expected to be due to geometrical magnetic frustration, and thus a kagome-based lattice is the most probable playground for QSL. Here, we report the first experimental results of the QSL state on a square-kagome quantum antiferromagnet, KCuAlBiO(SO)Cl. Comprehensive experimental studies via magnetic susceptibility, magnetisation, heat capacity, muon spin relaxation, and inelastic neutron scattering measurements reveal the formation of a gapless QSL at very low temperatures close to the ground state. The QSL behavior cannot be explained fully by a frustrated Heisenberg model with nearest-neighbor exchange interactions, providing a theoretical challenge to unveil the nature of the QSL state.

Dynamical density matrix renormalization group study of spin and charge excitations in the four-leg --

遠山 貴己; 森 道康; 曽田 繁利*

Physical Review B, 97(23), p.235137_1 - 235137_7, 2018/06

AA2018-0171.pdf:1.43MB

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.97.235137

We investigate the dynamical spin and charge structure factors of the -- four-leg ladder by using dynamical density-matrix renormalization group. The dynamical charge structure factor along the momentum direction from to clearly shows low-energy excitations corresponding to the stripe order in hole doping. On the other hand, the stripe order weakens in electron doping, resulting in less low-energy excitations in the charge channel. In spin channel, we find incommensurate spin excitations near forming a hour-glass behavior in hole doping, while in electron doping we find clearly spin-wave-like dispersions starting from . Along the - direction, the spin excitations are strongly influenced by the stripes in hole doping, resulting in two branches that form a discontinuous behavior in the dispersion. In contrast, the electron-doped systems show a downward shift in energy toward .

Current status of the next generation fast reactor core & fuel design and related R&Ds in Japan

前田 誠一郎; 大木 繁夫; 大塚 智史; 森本 恭一; 小澤 隆之; 上出 英樹

Proceedings of International Conference on Fast Reactors and Related Fuel Cycles; Next Generation Nuclear Systems for Sustainable Development (FR-17) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2017/06

安全性、環境負荷低減、経済競争力等の幾つかの目標を狙って、日本において次世代高速炉の研究が行われている。安全面では炉心損傷事故での再臨界を防止するため、FAIDUS(内部ダクト付燃料集合体)概念が採用されている。放射性廃棄物の量及び潜在的放射性毒性を低減するために、マイナーアクチニド元素を含むウラン・プルトニウム混合酸化物(MOX)燃料が適用される。燃料サイクルコストを低減するために、高燃焼度燃料が追及される。設計上の工夫によって様々な設計基準を満足する炉心・燃料設計の候補概念が確立された。また、原子力機構においてMA-MOX燃料の物性、照射挙動が研究されている。原子力機構では特にMA含有した場合を含む中空ペレットを用いた燃料ピンの設計コードの開発を進めている。その上、原子力機構では高燃焼度燃料のために酸化物分散強化型フェライト鋼製被覆管の開発を進めている。

Verification of nuclear calculation methodology and preliminary uncertainty quantification in a sodium-cooled fast reactor

池田 一三*; 本間 悠斗*; 森脇 裕之*; 大木 繁夫

Proceedings of 2014 International Congress on the Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2014) (CD-ROM), p.1175 - 1183, 2014/04

This paper treats the verification of nuclear calculation methodology of control rod reactivity and the uncertainty quantification of calculation model in order to design a next demonstration fast breeder reactor, Japan Sodium cooled Fast Reactor. Verification and validation of design methodology is required and various kinds of uncertainty in nuclear characteristics should be comprehensively assessed. This study starts in pursuit of them in the context of preliminary conceptual design. First, this work compares the calculation results of the deterministic calculation method with Monte Carlo one in order to verify it. Second, the uncertainties associated with the calculation model are preliminarily estimated based on the correction values. Consequently, it is naturally concluded that the nuclear calculation methodology can precisely prospect that of control rod reactivity, representing the mathematical model with the specified limit of accuracy.

A Study of tungsten spectra using Large Helical Device and Compact Electron Beam Ion Trap in NIFS

森田 繁*; Dong, C. F.*; 後藤 基志*; 加藤 太治*; 村上 泉*; 坂上 裕之*; 蓮尾 昌裕*; 小池 文博*; 中村 信行*; 大石 鉄太郎*; et al.

AIP Conference Proceedings 1545, p.143 - 152, 2013/07

https://doi.org/10.1063/1.4815848

核融合科学研究所のLHD装置、コンパクトEBIT(CoBit)装置において、タングステンプラズマの可視、EUV領域での分光計測を行なった。CoBITで得られた価数分離スペクトルを用いて、LHDのスペクトルの解析を行なった。衝突輻射モデルを用いた詳しい解析を行い、また、高価数のイオンのEUVスペクトルの径方向分布の計測と、ADPAKデータベースを使った輸送コードの計算を行い、プラズマ中のイオンの分布や、プラズマ中の電離、再結合レートについて検討した。不純物ペレットの可視光領域の発光スペクトルの解析を、多価イオンの診断に応用する手法についても議論する。

Alignment creation and deviation from statistical population distribution in hydrogen =3 levels observed on MSE spectra of LHD plasma

岩前 敦; 坂上 篤史*; 安宅 誠*; 澤田 圭司*; 後藤 基志*; 森田 繁*

Plasma Physics and Controlled Fusion, 51(11), p.115004_1 - 115004_15, 2009/11

https://doi.org/10.1088/0741-3335/51/11/115004

We have observed motional-Stark-effect (MSE) spectra of Balmer- line emitted from a heating neutral-hydrogen beam on the Large Helical Device. Polarization-resolved spectral profile indicates that the magnetic-sublevel populations in the upper level slightly deviate from the statistical distribution, i.e., alignment is created. The theoretical proton-impact cross sections with the assumption of corona equilibrium, however, lead to a profile in gross disagreement with the observed one. It is suggested that, the observed profile is the result of time integration of light emission of atoms during the relaxation process, i.e., the aligned population distribution is created by the directional proton collisions and elastic proton collisions destroy the alignment, finally leading to statistical distribution.

Extended steady-state and high-beta regimes of net-current free heliotron plasmas in the Large Helical Device

本島 修*; 山田 弘司*; 小森 彰夫*; 大藪 修義*; 武藤 敬*; 金子 修*; 川端 一男*; 三戸 利行*; 居田 克巳*; 今川 信作*; et al.

Nuclear Fusion, 47(10), p.S668 - S676, 2007/10

https://doi.org/10.1088/0029-5515/47/10/S15

大型ヘリカル装置(LHD)では、加熱パワーの増大及び粒子の排気/供給能力の向上に加え、革新的な運転シナリオの発見により、無電流ヘリオトロンプラズマの性能を改善することに成功した。その結果、特に、高密度,長時間運転,高ベータに関して運転領域を拡大することに成功した。LHDにおける多様な研究の結果、無電流ヘリオトロンプラズマの特長が明らかになった。特に、ローカルアイランドダイバータによる排気とペレット入射によるプラズマ中心部への粒子供給を組合せることにより内部拡散障壁(IDB)を形成し、510mという超高密度のプラズマが得られた。4.5%の体積平均ベータ値や、54分間の放電時間(総入力エネルギー: 1.6GJ、平均入力パワー: 490kW)を達成することにも成功した。本論文では、IDB, 高ベータプラズマ, 長時間運転に関する最近2年間の成果を概括する。

ELM崩壊の空間構造とダイナミクス

大山 直幸; 森田 繁*

プラズマ・核融合学会誌, 82(9), p.575 - 581, 2006/09

https://ci.nii.ac.jp/naid/110006282179

近年の周辺プラズマ計測器の時間・空間分解能の向上に伴い、Edge Localized Mode(ELM)の発生によりペデスタル構造が崩壊していく様子を詳細な2次元像として観測することも可能になりつつあり、ELM研究が新しい展開を見せている。このような現状を踏まえ、本章ではELM崩壊のダイナミクスに関するトカマク装置での最近の実験結果について報告する。通常のHモード放電で観測される振幅の大きなtype I ELMに加え、grassy ELMとtype II ELMという2種類の小振幅ELMについて振幅が低減する物理機構の違いに着目して比較する。また、ヘリカルプラズマにおいてもトカマクのELMに類似した振舞いが観測されており、ヘリカル装置におけるELM研究の現状についても概観する。

高温ガス炉HTTRの冷却材中の化学的不純物特性

坂場 成昭; 中川 繁昭; 古澤 孝之*; 江森 恒一; 橘 幸男

日本原子力学会和文論文誌, 3(4), p.388 - 395, 2004/12

https://doi.org/10.3327/taesj2002.3.388

高温ガス炉の冷却材(Hガス)中の化学的不純物を除去し、また監視することは、炉心に使用される黒鉛構造物あるいは熱交換器等に使用される高温材料の腐食防止のうえで極めて重要である。日本初の高温ガス炉HTTRでは、運転期間中に化学的不純物濃度に制限を設けるとともに、不純物挙動は常時監視される。冷却材中の不純物は、He純化設備により連続的に除去され、その濃度はHeサンプリング設備により計測される。本報では、HTTRの最初の出力上昇となる出力上昇試験期間中に実施した不純物濃度測定試験による実測値をもとに、化学的不純物挙動を評価した結果を示す。また、黒鉛構造物,高温二重管に使用される断熱材からの放出不純物量を温度別に評価した。試験を通して、異常な不純物濃度の上昇は認められず、また不純物濃度組成は炭素析出を起こさせない安定な領域にあった。本研究により、運転時におけるHe冷却材中の不純物特性を明らかにした。