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論文

Lattice parameters of fluorite-structured uranium-americium mixed oxides

Vauchy, R.; 廣岡 瞬; 渡部 雅; 横山 佳祐; 村上 龍敏

Journal of Nuclear Materials, 584, p.154576_1 - 154576_11, 2023/10

 被引用回数:0 パーセンタイル:92.04(Materials Science, Multidisciplinary)

The room temperature lattice parameters of stoichiometric U1-yAmyO$$_{2}$$ uranium-americium mixed oxides were re-evaluated at the light of our hybrid crystallographic model. The complex charge compensation mechanisms that take place in this solid solution were also considered to shed light on the available experimental unit-cell values.

論文

Computer code analysis of irradiation performance of an annular mixed oxide fuel element

横山 佳祐; 上羽 智之

Journal of Nuclear Science and Technology, 60(10), p.1219 - 1227, 2023/10

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Nuclear Science & Technology)

高速炉で中燃焼度まで照射された中実・中空MOX燃料ピンの照射挙動解析を行った。照射後試験において、中空燃料ピンでは、Cs濃度の局所的な増加がMOX燃料カラムと上下ブランケットペレットの境界部近傍において確認された。一方、中実燃料ピンでは、被覆管外径の増加がMOX燃料カラム全域にかけて大きくなっていること、中空燃料ピンではこの外径増加が抑制されていることが確認された。計算コードによる解析の結果、Cs濃度の局所的な増加は、中空MOX燃料の外表面温度が中実燃料の外表面温度よりも高く、MOX燃料カラムからブランケット部へのCs軸方向移動が促進されたため生じたと評価された。また、中空MOX燃料における外径増加の抑制は、照射初期に燃料中心部への照射クリープ変形が生じることによると評価された。以上より、中空MOX燃料ピンは燃料被覆管の外径増加を抑制する効果があるが、Csの軸方向移動を促進することがわかった。

報告書

HTTR1次ヘリウム循環機フィルタの差圧上昇事象,1; 差圧上昇事象の原因調査

根本 隆弘; 荒川 了紀; 川上 悟; 長住 達; 横山 佳祐; 渡部 雅; 大西 貴士; 川本 大樹; 古澤 孝之; 猪井 宏幸; et al.

JAEA-Technology 2023-005, 33 Pages, 2023/05

JAEA-Technology-2023-005.pdf:5.25MB

HTTR (High Temperature engineering Test Reactor) RS-14サイクルの原子炉出力降下において、ヘリウムガス循環機のフィルタ差圧が上昇傾向となった。この原因を調査するため、1次ヘリウム純化設備のガス循環機の分解点検等を実施した結果、ガス循環機内のシリコンオイルミストがチャコールフィルタの性能低下で捕集できなくなり、1次系統に混入したためと推定された。今後は、フィルタ交換を実施するとともに、さらなる調査を進め、再発防止対策を策定する予定である。

論文

Liquid phase sintering of alumina-silica co-doped cerium dioxide CeO$$_{2}$$ ceramics

Vauchy, R.; 廣岡 瞬; 渡部 雅; 横山 佳祐; 砂押 剛雄*; 山田 忠久*; 中道 晋哉; 村上 龍敏

Ceramics International, 49(2), p.3058 - 3065, 2023/01

 被引用回数:4 パーセンタイル:72.02(Materials Science, Ceramics)

Pure and low $$alpha$$-Al$$_{2}$$O$$_{3}$$-SiO$$_{2}$$ co-doped ceria specimens were prepared by conventional ceramic processing using powder metallurgy. The effect of co-doping on the microstructural and structural properties of cerium dioxide was investigated by means of optical microscopy, scanning electron microscopy, X-ray diffraction and Raman spectroscopy. The co-addition of alumina and silica promoted liquid phase sintering (LPS) and significantly contributed to grain growth, even in the small concentrations of the present study (1 wt% and 2 wt%). A glassy-look phase precipitated at the grain boundaries, characteristic of liquid phase sintering. The addition of dopants to the formulation greatly enhanced the grain growth process without disturbing the CeO$$_{2}$$ structure.

論文

Materials science and fuel technologies of uranium and plutonium mixed oxide

加藤 正人; 町田 昌彦; 廣岡 瞬; 中道 晋哉; 生澤 佳久; 中村 博樹; 小林 恵太; 小澤 隆之; 前田 宏治; 佐々木 新治; et al.

Materials Science and Fuel Technologies of Uranium and Plutonium mixed Oxide, 171 Pages, 2022/10

プルトニウム燃料を使用した革新的で先進的な原子炉が各国で開発されている。新しい核燃料を開発するためには、照射試験が不可欠であり、核燃料の性能と安全性を実証する必要がある。照射試験を補完する技術として、照射挙動を正確にシミュレートする技術を開発できれば、核燃料の研究開発にかかるコスト,時間,労力を大幅に削減でき、核燃料の照射挙動をシミュレーションすることで、安全性と信頼性を大幅に向上させることができる。核燃料の性能を評価するためには、高温での燃料の物理的および化学的性質を知る必要がある。そして、照射中に発生するさまざまな現象を記述した行動モデルの開発が不可欠である。以前の研究開発では、モデル開発の多くの部分で、フィッティングパラメータを使用した経験的手法が使用されてきた。経験的手法では、データがない領域では非常に異なる結果が得られる可能性がある。したがって、この研究では、燃料の基本的な特性を組成と温度に外挿できる科学的記述モデルを構築し、モデルが適用される照射挙動分析コードの開発を行った。

論文

Sodium-cooled Fast Reactors

大島 宏之; 森下 正樹*; 相澤 康介; 安藤 勝訓; 芦田 貴志; 近澤 佳隆; 堂田 哲広; 江沼 康弘; 江連 俊樹; 深野 義隆; et al.

Sodium-cooled Fast Reactors; JSME Series in Thermal and Nuclear Power Generation, Vol.3, 631 Pages, 2022/07

ナトリウム冷却高速炉(SFR: Sodium-cooled Fast Reactor)の歴史や、利点、課題を踏まえた安全性、設計、運用、メンテナンスなどについて解説する。AIを利用した設計手法など、SFRの実用化に向けた設計や研究開発についても述べる。

論文

Measurements of thermal conductivity for near stoichiometric (U$$_{0.7-z}$$Pu$$_{0.3}$$Am$$_{z}$$)O$$_{2}$$ (z = 0.05, 0.10, and 0.15)

横山 佳祐; 渡部 雅; 所 大志郎*; 杉本 理峻*; 森本 恭一; 加藤 正人; 日野 哲士*

Nuclear Materials and Energy (Internet), 31, p.101156_1 - 101156_7, 2022/06

 被引用回数:0 パーセンタイル:56.43(Nuclear Science & Technology)

高レベル放射性廃棄物の減容化の一環として、マイナーアクチニドを含んだ酸化物燃料が高速炉における選択の一つである。しかし、高Am含有MOX燃料の熱伝導率に関する実験データがないために、燃料中のAm含有量が熱伝導率に及ぼす影響は明らかとなっていない。本研究では化学量論組成近傍における(U$$_{0.7-z}$$Pu$$_{0.3}$$Am$$_{z}$$)O$$_{2}$$ (z = 0.05, 0.10, and 0.15)の熱伝導率をレーザーフラッシュ法を用いて室温から1473Kまでの範囲で測定した。結果として、熱伝導率はAm含有量が増加するに従い低下する傾向を示し、1473Kまでは古典的フォノン輸送モデル((A+BT)$$^{-1}$$)に従うことが明らかとなった。係数AはAm含有量に比例して増加する傾向を示し、U$$^{5+}$$及びAm$$^{3+}$$が固溶することによるイオン半径の変化がフォノン伝導に影響したためであると考えられる。係数BはAm含有量に依存しない傾向を示した。

論文

Recent studies on fuel properties and irradiation behaviors of Am/Np-bearing MOX

廣岡 瞬; 横山 佳祐; 加藤 正人

Proceedings of International Conference on Fast Reactors and Related Fuel Cycles; Sustainable Clean Energy for the Future (FR22) (Internet), 8 Pages, 2022/04

Am/Np含有MOXの物性測定を行い、それらの物性がどのように照射挙動に影響するか評価した。Am/NpがUと置き換わるとMOX全体の酸素ポテンシャルが上昇する傾向が得られた。また、MOX中のUとPu、UとAm、UとNpの相互拡散係数を、拡散対を用いた試験により評価した結果、拡散係数はU-Am、U-Pu、U-Npの順に大きく、また、O/M=2のときの拡散係数はO/M$$<$$2の場合と比べると数桁大きいことが明らかとなった。照射中のポアの中心への移動は、ポア内で起こる物質の蒸発と凝縮が原因であると考えられている。Am/Npの含有によりMOX全体の酸素ポテンシャルが高くなることは、ポア内の、特にUO$$_{3}$$の蒸気圧を高くし、ポア移動を促進する効果につながると考えられる。また、アクチニド元素の再分布においてもポアの移動に伴う拡散現象が一つの要因として考えられており、相互拡散係数が大きいほど再分布も速い。得られた物性値は温度や酸素分圧の関係式としてモデル化することで、照射挙動解析コードに反映することが可能となった。

論文

Spark plasma sintering of SiC/graphite functionally graded materials

渡部 雅; 横山 佳祐; 今井 良行; 植田 祥平; Yan, X.

Ceramics International, 48(6), p.8706 - 8708, 2022/03

 被引用回数:5 パーセンタイル:77.59(Materials Science, Ceramics)

SiC, C及びSiC/C傾斜機能材料の焼結は様々な手法が研究されている。しかしながら、放電プラズマ焼結(SPS)法を用いたSiC/黒鉛傾斜機能材料の製造に関する実験的な研究は報告されていない。本研究ではSiC/黒鉛傾斜機能材料をSPS法を用いて作製した。焼結試料の各層の界面にはギャップや層間剥離のような欠陥は見られなかった。また、SiC及び黒鉛はSPS前後で大きな変化を示さなかった。

論文

Computer code analysis of irradiation performance of axially heterogeneous mixed oxide fuel elements attaining high burnup in a fast reactor

上羽 智之; 横山 佳祐; 根本 潤一*; 石谷 行生*; 伊藤 昌弘*; Pelletier, M.*

Nuclear Engineering and Design, 359, p.110448_1 - 110448_7, 2020/04

 被引用回数:1 パーセンタイル:12.47(Nuclear Science & Technology)

高速炉で高燃焼度を達成した軸非均質MOX燃料ピンの照射挙動を、連成した計算コードを持ちいて解析した。照射後試験では、軸非均質燃料ピンのMOX燃料カラムと上下・内部ブランケットカラムの境界部近傍において、Cs濃度とピン外径の局所的な増加が確認されている。解析の結果、Cs濃度増加はMOX部からブランケット部へのCsの軸方向移動によるものであると評価された。また、Cs-U-O化合物の形成によるブランケットペレットのスエリングは、PCMIを引き起こすほど顕著には生じていないと評価された。ピン外径増加に及ぼすPCMIの寄与は小さく、外径増加の主な要因は、被覆管スエリングとピン内ガス圧による照射クリープであると評価された。

口頭

高速炉燃料ピンの照射挙動,1; 計算コードの連成によるCs挙動評価

上羽 智之; 横山 佳祐; 生澤 佳久; 根本 潤一*; 石谷 行生*; 伊藤 昌弘*

no journal, , 

高速炉で照射したMOX燃料ピンでは、燃焼が進むと核分裂生成物(FP)のCsが燃料ピン内を移動すると同時に、燃料や他のFPと化合物を生成する。このようなCsの挙動が燃料ピンの照射挙動に及ぼす影響を評価するため、照射中の燃料ピンの熱・機械的挙動を解析する計算コードとCs挙動の解析に特化した計算コードを連成する手法を整備し、高燃焼度燃料ピンの照射挙動を解析した。解析結果と照射後結果の比較から、連成した計算コードは燃料ピンのCs挙動について妥当な評価ができると考えられる。

口頭

高速炉燃料ピンの照射挙動,2; 中空燃料ピンの照射挙動

横山 佳祐; 上羽 智之; 丹野 敬嗣; 岡 弘

no journal, , 

中空燃料は、燃料溶融に対する裕度の増加や燃料-被覆管機械的相互作用(FCMI)の緩和などの点で高性能化(高線出力化と高燃焼度化)に対して有効であると考えられており、高速実証炉と実用炉の高性能燃料として有望視されている。ここでは、中空燃料ピンの照射挙動を把握することを目的として、EBR-IIで定常照射されたMOX燃料ピンの照射後試験データ(燃料ピン外径測定、$$gamma$$-スキャニング、金相試験)について中空燃料ピンと中実燃料ピンの比較評価を行った。MOX燃料ピンは中実燃料ピン及び中空燃料ピンの両方とも、ピーク燃焼度が40$$sim$$130GWd/t、ピーク線出力が34$$sim$$49kW/mの照射条件で照射された。評価の結果、中空燃料ピンは中実燃料ピンと比較して、FCMIが減少することにより燃料カラム部での外径増加が低減していることが、また、Cs移動が活発となり燃料カラム-ブランケット境界部にCsが蓄積しやすいために、境界部での局所的な外径増加が生じやすいことが示された。

口頭

Computer simulation for short-term irradiation behavior of mixed oxide fuels containing Am in a fast reactor

横山 佳祐; 生澤 佳久; 上羽 智之; 森本 恭一; 田中 康介; 廣岡 瞬

no journal, , 

高速炉MOX燃料において、蒸気圧, 熱伝導率, 密度等の燃料物性値に対するMA添加の効果を表現した解析モデルを開発し、照射挙動解析コード"CEDAR"に組み込んだ。CEDARによる評価解析を高速実験炉常陽での短期照射試験B11の照射試験結果に適用し、照射挙動メカニズムを評価した。

口頭

高速炉用中空燃料ピンの照射挙動評価

横山 佳祐; 上羽 智之

no journal, , 

中空燃料は、燃料-被覆管機械的相互作用(FCMI)の緩和などの点で高性能化(高線出力化及び高燃焼度化)に有効と考えられており、実用化段階の高速炉用燃料として有望視されている。中空燃料ピンの照射挙動評価を目的として、日米共同研究で照射を行った中実・中空MOX燃料ピンの照射挙動を計算コードで解析し、照射後試験結果との比較により、中空燃料ピンの被覆管外径変化挙動及びCsのピン内軸方向移動挙動を評価した。評価の結果、中空燃料ピンにおけるFCMIの緩和が定量的に評価できたほか、中空燃料ピンのCsピン内軸方向移動が熱拡散により促進されたことが示された。

口頭

Thermal conductivity measurement of high Am bearing mixed oxide fuel

横山 佳祐; 渡部 雅; 加藤 正人; 所 大志郎*

no journal, , 

高レベル放射性廃棄物の減容化の一環として、マイナーアクチニドを含んだ酸化物燃料が高速炉における選択の一つである。しかし、マイナーアクチニドの一つであるAmを含んだ酸化物燃料の熱伝導率は3%Am含有までしか報告されていない。本研究では、Am含有の影響を明らかにすることを目的に、さらに高いAmを含有した酸化物燃料の熱伝導率を調査した。Amが約10%含有したペレットを用意し、O/M=2.00の条件でレーザーフラッシュ法により熱拡散率を測定した。試料の熱拡散率,比熱容量,密度より熱伝導率を求め、Am含有MOXの熱伝導率のAm含有率依存性及び温度依存性について評価した。評価の結果、Amの含有により熱伝導率が低下することが明らかとなった。10%Amを含有した酸化物燃料は過去に報告されている低Am含有の酸化物燃料の結果から予測される挙動と同様の挙動を示していることを明らかとした。

口頭

マイナーアクチニド含有低除染燃料による高速炉リサイクルの実証研究,3; 10%Am含有MOXの熱伝導率

横山 佳祐; 渡部 雅; 加藤 正人; 所 大志郎*; 杉本 理峻*

no journal, , 

10%のAmを含有した混合酸化物(MOX)燃料の熱伝導率を測定し、古典的フォノン伝導モデルに基づいて評価を行った。その結果、10%Am-MOX燃料の熱伝導率は先行研究での2%Am-MOXの値よりも低くなった。Am-MOX燃料の熱伝導率はAm含有量の増加に伴い低下する傾向が明らかとなった。

口頭

高Am含有UO$$_{2}$$の酸素ポテンシャルと熱伝導率

渡部 雅; 横山 佳祐; 加藤 正人; 日野 哲士*

no journal, , 

U$$_{0.85}$$Am$$_{0.15}$$O$$_{2}$$の酸素ポテンシャル及び熱伝導率の測定を行った。酸素ポテンシャルは気相平衡法を用いて1473K, 1573K及び1673Kのデータを取得することに成功し、先行研究との比較から概ね妥当な値であることがわかった。熱伝導率は酸素ポテンシャル測定結果を参考にして、定比組成近傍で測定を行うことに成功し、取得した値はUO$$_{2}$$及びAmO$$_{2}$$よりも低い値を示した。

口頭

マイナーアクチニド含有低除染燃料による高速炉リサイクルの実証研究,11; MA含有MOX燃料ペレットの相状態及び熱物性評価

横山 佳祐; 渡部 雅; 大西 貴士; 森下 一喜; 加藤 正人

no journal, , 

放射性廃棄物減容化・有害度低減のための高速炉燃料として、マイナーアクチニド(MA)を含有した混合酸化物(MOX)燃料の研究開発が進められており、燃料設計を行う上でMAを含むMOX燃料の照射挙動評価及び熱物性データの取得は必要不可欠である。本研究では、原子力機構で進められている小規模MAリサイクル研究において想定される量のCmを含むように、照射済燃料から分離したCmを添加したMA含有MOX燃料を製作し、その金相観察、粉末X線回折(XRD)測定及び熱拡散率測定を行い、相状態及び熱伝導率を評価した。XRD測定では蛍石型構造に起因するピークのみが観察され、蛍石型構造単相であることがわかった。金相観察では燃料ペレット径方向に沿って詳細に観察した結果、結晶粒径は一様に約0.04mmであり、燃料ペレット全体にわたり均質な組織であることを確認した。また、Cmを含むMA含有MOX燃料の熱伝導率を取得し、Cm含有による顕著な影響は確認されなかった。本研究の一部は文部科学省原子力システム研究開発事業JPMXD0219214921の助成を受けたものである。

口頭

マイナーアクチニド含有低除染燃料による高速炉リサイクルの実証研究,10; MA含有MOX燃料ペレットの作製

大西 貴士; 森下 一喜; 渡部 雅; 横山 佳祐; 加藤 正人

no journal, , 

放射性廃棄物減容化・有害度低減のための高速炉燃料として、マイナーアクチニド(MA)を含有したMOX燃料の研究開発が進められており、燃料設計を行う上でMAを含むMOX燃料の照射挙動評価及び熱物性データの取得は必要不可欠である。MAの1つであるCmを含むMOX燃料の物性値に関する報告例はほとんどないことから、その基礎特性(相状態、熱伝導率等)の評価を目的として、照射済燃料から分離したCmを添加したMA含有MOX燃料ペレットを作製した。照射済燃料の溶解液に化学分離操作を行った結果、約30$$mu$$gのCm(硝酸塩)を回収した。得られたCmを用いてペレット5個を作製し、いずれも割れや欠けのない良好なペレットであることを確認した。また、ペレットを硝酸溶解した後に化学分析を行った結果、Pu富化度は29wt%であり、MAとして2$$times$$10$$^{-4}$$wt%のCmと、0.5wt%のAmを含み、目標燃料組成を満足していた。本試験で作製したペレットを基礎特性(相状態及び熱伝導率)の評価に供した。本研究の一部は文部科学省原子力システム研究開発事業JPMXD0219214921の助成を受けたものである。

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