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石井 徹哉; 吉持 宏; 田中 健哉
日本原子力学会和文論文誌, 9(2), p.207 - 218, 2010/06
AmやCm等の放射能毒性の高いMAが、高レベル放射性廃棄物として処分されることで生じる環境負荷を低減するため、微量のCmを含むAmを高濃度に含有させた酸化物燃料を使用するMAリサイクル燃料システムを開発中である。このシステム実現のためには、高濃度Am含有に伴う燃料物性の劣化の補償、並びに、製造工程における微粉発生の抑制が必須である。そこで、燃料原料にU, Moの2種類の金属顆粒を添加して燃料物性を改善する方法、並びに、押出造粒法を用いて燃料原料を造粒する方法について、UO
を用いた模擬試験により実用性を検討した。この結果、主としてMoの添加により、重要な燃料物性である熱伝導率を改善できることを実験的に確認し、金属顆粒添加による燃料物性改善技術の実用性を確認した。また、押出造粒法で得られる造粒物は流動性が高く、均質な焼結性を期待できることを確認し、押出造粒法の実用性を確認した。今後は、引き続き、UOを模擬燃料として用いる造粒試験を行うとともに、実際にAmを含有させた酸化物燃料の熱伝導率評価試験を行うなどして、金属顆粒添加技術、並びに押出造粒技術の確立に向けた研究開発を継続して進めていく予定である。
田中 健哉; 石井 徹哉; 吉持 宏; 浅賀 健男
Proceedings of International Conference on Advanced Nuclear Fuel Cycle; Sustainable Options & Industrial Perspectives (Global 2009) (CD-ROM), p.2045 - 2050, 2009/09
高濃度Am含有MOX燃料をベースとするMAリサイクルのシステム評価の一部として、MAリサイクルに伴う高レベル廃棄物発生量の低減に基づき、処理・処分に対する経済的な効果を評価した。また、このMAリサイクルシステムの中核技術となる燃料製造プロセスの成立性評価のため、転造造粒及び押出し造粒の比較検討を行い、両者の高濃度Am燃料製造への適用可能性を示した。さらに、Amを高濃度含有することによる熱伝道度等の物性劣化を補償するためのUメタル粒子及びMo粉末の添加酸化物燃料評価としてUOを用いた先行焼結試験を行い、製造条件を把握するとともに、熱伝導度測定を行い、添加剤添加による熱伝導度の改善効果を確認した。
石井 徹哉
日本原子力学会誌ATOMO
, 51(5), p.366 - 367, 2009/05
原子力機構では、高速炉を利用したMA燃焼処分概念の実用化を目指し、高濃度Am含有酸化物型燃料や不活性母材型燃料の製造技術開発・物性研究を実施している。これらの新概念燃料の照射挙動は、「常陽」等の実験炉を利用した照射試験により確認することが一般的であるが、多大な試験費と長期の試験時間が必要となる。そのため、研究開発効率向上の観点から、照射試験を代替できる炉外実験手法の確立が望まれていた。そこで原子力機構では、ニュークリア・デベロップメント、並びに、助川電気工業の協力の下、高濃度Am含有酸化物燃料の照射挙動模擬を主目的として、1970年代に国内外で利用された方式を参考にした、遮蔽型試験施設(グローブボックスあるいはホットセル)内実施型の温度勾配下恒温加熱試験手法の開発を進めてきたが、このたび、ニュークリア・デベロップメントの試験施設に設置した試作試験装置によるUOペレットを用いた燃料挙動模擬性検証試験において、高速炉用酸化物燃料の照射挙動として最も特徴的な、レンズ状ボイドスイープ現象の再現に成功し、開発中の試験手法の有効性を確認した。
石井 徹哉; 根本 潤一*; 浅賀 健男; 佐藤 正知*; Mayorshin, A.*; Shishalov, O.*; Kryukov, F.*
Journal of Nuclear Science and Technology, 45(4), p.263 - 273, 2008/04
被引用回数：2 パーセンタイル：16.99(Nuclear Science & Technology)高速炉用MOXバイパック燃料の照射挙動解析コードを開発するため、炉外試験等で得られた知見をもとにバイパック燃料用挙動評価モデル群を構築し、それらをペレット型燃料用挙動解析コードCEDARに導入し、CEDAR-VIPAC版を整備した。このCEDAR-VIPAC版の解析機能を検証するためにロシアで照射されたMOXバイパック燃料の照射挙動解析を実施した結果、モデル化が適切に行えていることを確認できた。
石井 徹哉; 鵜飼 重治
JNC TN9400 2005-030, 86 Pages, 2005/07
JNC-TN9400-2005-030.pdf:38.74MB
高速炉用燃料実用時の有望な燃料形態の一つである金属燃料については、国産被覆材との反応性に関する知見が十分に取得されていない。そこで、PNC-FMS鋼、9Cr系ODS鋼、及び12Cr系ODS鋼とU-10wt.%Zr合金との拡散対を作製し、U-Feの2元系における共晶反応温度725
を超える約740で恒温加熱試験を行なった。これにより、以下の知見が得られた。(1)参照用として作製したU-Zr/Fe拡散対では、約740において、Fe内に、Fe2U+FeU6+Lの液相が形成された。これに対し、U-Zr/PNC-FMS、U-Zr/9Cr系ODS、U-Zr/12Cr系ODSの拡散対では、約740において、被覆管鋼材内に液相形成は生じず、また、反応層の進展深さはFeに比べて少なかった。形成された反応層は、3鋼種間で同様であり、文献に報告されている液相形成が生じない場合のU-Zr/Fe対に生じた組織と同様であった。(2)U-Pu-Zr/PNC-FMS、U-Pu-Zr/9Cr 系ODS、U-Pu-Zr/12Cr系ODSにおいては、U-Pu-Zr/Feの系と同様の機構で、同様の反応層が形成されると考えられる。従って、これら3鋼種における液相形成下限温度には、U-Zr/被覆管鋼材に対してU-Zr/Feの液相形成下限温度を適用可能と考えられるのと同様に、U-Pu-Zr/Feにおける液相形成下限温度を適用可能と考えられる。(3)反応層の進展深さがFeの系に比べて抑制されていたのは、3鋼種に含まれていたCrの効果によるものと考えられる。また、Cr量が多いほど被覆管鋼材内部への反応層の進展は抑制されると考えられる。
Compacts with/without Uranium Particles石井 徹哉; 油田 良一*; 平井 睦*; 坪井 靖*; 鵜飼 重治
Journal of Nuclear Science and Technology, 41(12), p.1204 - 1210, 2004/00
被引用回数：2 パーセンタイル：17.18(Nuclear Science & Technology)振動充填燃料の熱特性評価のため、不定形状のUO粒子充填体と10wt.%の金属ウラン顆粒を混合した不定形状のUO粒子充填体の熱伝導度を測定した。その結果から、金属ウラン顆粒を添加することで、充填体の熱伝導度が改善されることを明らかにし、その効果を定量的に評価するモデルを構築した。
石井 徹哉; 根本 潤一*; 浅賀 健男
JNC TN9400 2000-045, 64 Pages, 2000/03
JNC-TN9400-2000-045.pdf:2.47MB
高速炉用ペレット型MOX燃料では、照射により、製造時とは異なるPu濃度分布が形成されるとのPu再分布挙動が生じうる。燃料内にPu濃度分布が形成されることは、燃料の熱的状態を考える上で大きな影響をもたらすものであることから、Pu再分布挙動を適切に評価可能な手法を開発する必要がある。そこで本検討では、1992年時に開発したPu再分布挙動評価用の簡易モデルを高度化することで、照射中の変化履歴も含めて、適切にPu再分布挙動を評価できる手法を構築することを試みた。以下には、その概要を記す。1)92時間に開発したPu再分布挙動評価用簡易モデルの高度化を行い、これをJNCにて開発し、改良を進めている燃料挙動解析コードCEDARに組み込むことで、Pu再分布挙動評価手法を構築した。2)構築したPu再分布挙動評価手法について、照射試験結果を用いた評価結果の較正を行った結果、概ね、
3wt.%程度の幅で、照射が終了した時点の燃料中心部のPu濃度を再現できることを確認した。3)構築したPu再分布挙動評価手法により、燃料に生じうるPu再分布挙動の傾向について検討し、照射の初期段階は、ポア移動に伴う気相輸送によりPu濃度が変化し、以降は、燃焼に伴うU,Pu量の変化と固相輸送との競合が状態が継続されながら、Pu濃度が変化するとの考察が得られた。また、製造時の燃料組成のうちのO/M比は、Pu再分布挙動に対する影響が大きく、照射の初期段階のPu再分布挙動は、U-Pu相互拡散係数が有するO/M比依存性に強く支配されるかたちで生じるとの考察も得られた。
石井 徹哉; 浅賀 健男
JNC TN9400 2000-031, 15 Pages, 2000/03
JNC-TN9400-2000-031.pdf:0.53MB
実用化戦略調査研究において金属燃料の実用性を検討するため、既存の知見に基づき金属燃料の照射挙動及び設計評価用モデルに関する検討を行うこととした。これに関し、金属燃料については、主として米国ANLにて行われた研究により、照射挙動の把握、検討が行われている。そこで、今回、金属燃料の機械設計を行う上で必要となる以下の項目・被覆管の変形量・燃料の変形量・FPガス放出量・ボンドNa液面変化量・FCCIによる被覆管減肉量について、既存知見をもとにした評価手法の検討を行った。
石井 徹哉; 浅賀 健男
16TH IUPAC Conference on Chemical Thermodynamics(I, 0 Pages, 2000/00
高速炉用MOX燃料では、照射中にPu再分布挙動が生じ、燃料径方向にPuが不均一に分布することとなる。これは、燃料の熱的特性に大きな影響を及ぼすものであるため、この挙動を定量的に評価できる手法の確立が必要である。そこで今回、Pu再分布挙動に関して、新たに、燃料内のO/M比とPu濃度による影響を考慮したPu再分布挙動評価モデルを構築した。このモデルを用いた評価は、実際の照射燃料に認められたPu再分布挙動を、O/M比や製造時のPu濃度によらず良好に再現できるものであり、従って、今回構築した評価手法の有用性を確認できた。
石井 徹哉; 根本 潤一*; 浅賀 健男
JNC TN9400 99-055, 99 Pages, 1999/06
高速炉用ペレット型MOX燃料では、照射初期において、燃料溶融に対する余裕(熱的裕度)が最も小さくなると考えられている。このため、照射初期の燃料温度を評価する手法を整備することが必要と考えられている。そこで本検討では、1988年時に試作されたが、それ以降に得られた知見を反映することなく、また、マニュアル類も未整備であった照射初期燃料温度評価手法を、改めて整備しなおすこととした。また、整備後の手法を利用しての照射試験の試験条件検討等も行っている。以下にその概要を記す。1)照射初期燃料温度評価用として1988年に試作されていた手法(注)について、燃料融点及びリロケーション挙動に関する最新の知見を反映させた改良を施し、燃料温度評価に関する不確かさを60程度に減ずることに成功した。(以降FEVER-Mと称する)(注):照射初期燃料温度評価コードFEVER2)整備したFEVER-Mにより、「常陽」で計画中のPTM試験であるB10照射試験の試験条件検討を行った。この結果、安全に試験を実施でき、かつ、所定の目的を達し得る条件として、最大線出力を620W/cmとすればよいことを確認できた。3)照射初期燃料温度評価手法の整備で得られた知見を熱設計に反映する試みとして、ホットギャップ(製造時のギャップ幅からリロケーション挙動によるギャップ幅変化量を差し引いたもの)に基づくギャップ熱伝達率評価を試みたところ、同方法を用いることで熱設計上最も合理的(保守性を可能な限り削減)と考えられる温度評価値に近い値を得られることが確認できた。リロケーション挙動の定量評価にはまだ課題が残されているものの、今回の結果から、ホットギャップに基づくギャップ熱伝達率評価を熱設計に取り込むことは、従来の製造時ギャップ幅に基づくギャップ熱伝達率評価よりも熱設計を合理化できる手法の一つとして将来的に有望であることが確認できた。
石井 徹哉; 水野 朋保
Journal of Nuclear Materials, 247, p.82 - 85, 1998/00
被引用回数：10 パーセンタイル：63.12(Materials Science, Multidisciplinary)高燃焼度燃料においては、ギャップ部にFP化合物の形成が認められる。このFP化合物は、ギャップコンダクタンスに影響を及ぼすための、熱伝導度を評価し、高燃焼度燃料の燃料温度評価への反映を図ることが、燃料挙動を理解する上で必要である。本研究では、FP化合物の1つであるCs2MoO4について、密度、温度をパラメータとしてレーザーフラッシュ法を用いて新たに熱伝導度を実測評価し、熱伝導度の密度依存性について検討した。検討の結果、82.6%TDから94.3%TDの密度範囲において873Kから1023Kの温度域では、熱伝導度は、密度減少に伴い直線的に減少していくことを見出しこの範囲に熱伝導度評価式を作成した。
石井 徹哉; 廣沢 孝志
PNC TN9410 97-075, 20 Pages, 1997/08
高速炉用ウランープルトニウム混合酸化物燃料の融点に関しては、従来、1960年代の知見に基づく評価が行なわれてきた。一方、80年代から最近にかけての融点実測値の拡充や測定精度の改善により、60年代の融点報告値の一部について下方修正を行なう必要があることや、燃焼に伴う融点変化に関して60年代の知見とは異なる傾向が認められるようになった。そこで、本研究では、現時点における最新の知見を考慮したMOX燃料の融点評価を行ない、得られた成果を高速炉の熱設計に反映することを目的とした。評価においては、予めUO-PuO-PuO
の擬3元系理想溶体モデルを仮定した上で、融点がPu濃度、O/M比、燃焼度に対する依存性を有するものとしてそれら依存性を独立に評価するとの方法を用いた。本研究で得られた融点評価式を、以下に示す。割愛上式中の
TPuは融点のPu濃度依存性、TO/MはO/M依存性、TBuは燃焼度依存性をそれぞれ意味し、UO融点(T0)からの変化量として整理している。なお熱設計上は、融点実測値に対して保守的な評価となることが必要とされるため、熱設計時には、上式に、上式より得られる評価値と実測値との最大差を定数項
Tとして加えた以下の式の使用を推奨する。割愛上式の適用範囲は、以下の通りである。Pu濃度:0
PU
60% O/M比:OM2.00 (O/Pu比換算で1.61以上2.0以下)
石井 徹哉; 水野 朋保
Journal of Nuclear Materials, 231, p.242 - 244, 1996/00
被引用回数：18 パーセンタイル：92.62(Materials Science, Multidisciplinary)FBR燃料では,高燃焼度になると,ギャップ部にFP化合物の形成が認められる。このFP化合物は,ギャップコンダクタンスに対し強く影響を及ぼすことから,熱伝導度を評価し,FP化合物を考慮した燃料温度評価手法を構築することが,燃料の照射中の挙動を理解する上で必要である。そこで,ギャップ部に形成されているFP化合物の1つと考えられているCs2MoO4の熱伝導度評価を世界で初めて行ったレーザーフラッシュ法を用い,94%TDの密度から800の範囲で,0.3
0.6w/m-kの熱伝導度を有すること,又,約560において生じる
相から
相への転移により,熱伝導が相転移温度において不連続約に変化するとの特性を有すると考えられることが判明した。
石井 徹哉; 水野 朋保
The 9th Int.Sympo.on Thermohydraulics of nuclear Materials(ICCT 96'), ,
FBR燃料では,高燃焼度になるとギャップ部にFP化合物の形成が認められる。このFP化合物は,ギャップコンダタンスに強く影響を及ぼすことから,伝導度を評価し,FP化合物を考慮した照射中燃料温度系評価を構築することが,照射中の燃料挙動を理解する上で必要である。そこで,ギュップ部に形成されるFP化合物の1つと考えられているが,未だ熱伝導圧が評価されていないCo2,MoO4の熱伝導実測評価をレーザーフラッシュ法を用いて行った。その結果,82,89,94%T.D.の3水準の密度を有する資料についての評価結果からは、熱伝導度の密度依存性は直線的なものであること。また、94%TDの密度を有する試料についての評価結果からは相転移点(845K)において熱伝導度に変化が生じ、相転移点より高温側では低温側よりも熱伝導度が良好となるとの考察を得た。尚、熱伝導度は室温から1073K,8294%TDの範囲で約0.30.6W/mkである。
根本 潤一*; 石井 徹哉; 鵜飼 重治
no journal, ,
高速炉実用化時の燃料候補として最も有力なものはMOXペレット燃料であるが、製造時の経済性等で利点を有していることから、今後の開発によっては高速炉サイクルの中で振動充填燃料を利用する方策も考えられる。そこで、定常運転時の振動充填燃料の照射挙動を評価するための解析コードCEDAR-VIPACの開発を行った。あわせて、原子力機構がロシア原子炉科学研究所との共同研究として実施したMOX振動充填燃料照射試験結果を用いてCEDAR-VIPACの熱的解析機能の検証を行い、燃料内の熱的状態を適切に評価できることを確認した。
田中 健哉; 佐藤 勇; 石井 徹哉; 吉持 宏; 浅賀 健男; 黒崎 健*
no journal, ,
軽水炉からのMAを高速炉燃料としてリサイクルし環境への移行抑制を早期に実現するためのシステム概念及びその中核となる燃料開発を提案した。
石井 徹哉; 油田 良一*; 松山 慎一郎*
no journal, ,
Am添加による燃料物性の劣化を補償する技術を確立するため、金属ウランを添加する酸化物燃料ペレットの製造性について、UOを母材とする試作試験により検討した。
田中 康介; 佐藤 勇; 石井 徹哉; 勝山 幸三; 田中 健哉; 根本 潤一*
no journal, ,
「常陽」照射MA含有MOX燃料(Am-1)における照射後試験について、その着目点と実施内容及び反映先等の概要をまとめた。
石井 徹哉; 吉持 宏; 田中 健哉
no journal, ,
Am含有に伴う燃料物性劣化を補償できるよう金属顆粒を添加する酸化物燃料ペレット概念について、UOを母材とするホットプレス型焼結試験により製造性を検討した。
田中 健哉; 佐藤 勇; 石井 徹哉; 吉持 宏; 浅賀 健男
no journal, ,
高濃度Am含有燃料をベースとするMAリサイクル概念を提案した。鍵となる、Am-MOX燃料の遠隔製造施設の構造を明確にした。またMAリサイクル概念の経済性に関する検討としてAm-MOX及びNp-MOX燃料製造施設に加え、MA回収設備を考慮したMA関連施設建設費は、MAリサイクルを行わない場合に必要な大型LWR-MOX燃料製造施設建設費と同程度となる可能性を示した。
