High temperature gas-cooled reactors

武田 哲明*; 稲垣 嘉之; 相原 純; 青木 健; 藤原 佑輔; 深谷 裕司; 後藤 実; Ho, H. Q.; 飯垣 和彦; 今井 良行; et al.

High Temperature Gas-Cooled Reactors; JSME Series in Thermal and Nuclear Power Generation, Vol.5, 464 Pages, 2021/02

https://doi.org/10.1016/C2018-0-05383-9

本書は、原子力機構における今までの高温ガス炉の研究開発の総括として、HTTRの設計、燃料、炉内構造物や中間熱交換器などの要素技術の開発、出力上昇試験、950Cの高温運転、安全性実証試験などの運転経験及び成果についてまとめたものである。また、HTTRでの知見をもとに、商用炉の設計、高性能燃料、ヘリウムガスタービン、ISプロセスによる水素製造などの要素技術開発の現状について記述しており、今後の高温ガス炉の開発に非常に有用である。本書は、日本機械学会の動力エネルギーシステム部門による化石燃料及び原子力によるエネルギーシステムの技術書のシリーズの一冊として刊行されるものである。

Maximizing by tuning nematicity and magnetism in FeSeS superconductors

松浦 康平*; 水上 雄太*; 新井 佑基*; 杉村 優一*; 前島 尚行*; 町田 晃彦*; 綿貫 徹*; 福田 竜生; 矢島 健*; 廣井 善二*; et al.

Nature Communications (Internet), 8, p.1143_1 - 1143_6, 2017/10

https://doi.org/10.1038/s41467-017-01277-x

A fundamental issue concerning iron-based superconductivity is the roles of electronic nematicity and magnetism in realising high transition temperature (). To address this issue, FeSe is a key material, as it exhibits a unique pressure phase diagram involving nonmagnetic nematic and pressure-induced antiferromagnetic ordered phases. However, as these two phases in FeSe have considerable overlap, how each order affects superconductivity remains perplexing. Here we construct the three-dimensional electronic phase diagram, temperature () against pressure () and iso-valent S-substitution (), for FeSeS. By simultaneously tuning chemical and physical pressures, against which the chalcogen height shows a contrasting variation, we achieve a complete separation of nematic and antiferromagnetic phases. In between, an extended nonmagnetic tetragonal phase emerges, where shows a striking enhancement. The completed phase diagram uncovers that high- superconductivity lies near both ends of the dome-shaped antiferromagnetic phase, whereas remainslow near the nematic critical point.

Direct observation of lattice symmetry breaking at the hidden-order transition in URuSi

利根川 翔*; 笠原 成*; 福田 竜生; 杉本 邦久*; 安田 伸広*; 鶴原 悠悟*; 渡邊 大樹*; 水上 雄太*; 芳賀 芳範; 松田 達磨*; et al.

Nature Communications (Internet), 5, p.4188_1 - 4188_7, 2014/06

https://doi.org/10.1038/ncomms5188

We report on the observation of lattice symmetry breaking from the fourfold to twofold structure by high-resolution synchrotron X-ray diffraction measurements at zero field. Small orthorhombic symmetry-breaking distortion sets in at the transition temperature with a jump, uncovering the weakly first-order nature of the hidden-order transition. This distortion is observed only in ultra pure samples, implying a highly unusual coupling nature between the electronic pneumaticity and underlying lattice.

Electronic nematicity above the structural and superconducting transition in BaFe(AsP)

笠原 成*; Shi, H. J.*; 橋本 顕一郎*; 利根川 翔*; 水上 雄太*; 芝内 孝禎*; 杉本 邦久*; 福田 竜生; 寺嶋 孝仁*; Nevidomskyy, A. H.*; et al.

Nature, 486(7403), p.382 - 385, 2012/06

https://doi.org/10.1038/nature11178

The electron nematicity, which break rotational symmetry of the crystal lattice, has been recently observed in high- superconductors. In iron-pnictides, it has been associated with the tetragonal-to-orthorhombic structural transition at , and the observations has been limited in the orthorhombic phase or in the tetragonal phase under uniaxial strain. In this investigation we provide magnetic torque measurements, a thermodynamic evidence which clearly shows the development of nematicity well above and the persistence in the nonmagnetic superconducting regime. Combined with synchrotron X-ray measurements, our results identify two distinct temperatures-one at , signifying a true nematic transition, and the other at (), which we show to be not a true phase transition, but rather what we refer to as a "meta-nematic transition", in analogy to the well-known metamagnetic transition in the theory of magnetism.

Conceptual design of hydrogen production system with thermochemical water-splitting iodine-sulphur process utilizing heat from the high-temperature gas-cooled reactor HTTR

坂場 成昭; 笠原 清司; 小貫 薫; 國富 一彦

International Journal of Hydrogen Energy, 32(17), p.4160 - 4169, 2007/12

https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2007.06.005

日本原子力研究開発機構では、高温ガス炉HTTRに接続する水素製造システムの概念設計を2005年から開始した。水分解熱化学水素製造ISプロセスがHTTRに接続する水素製造設備の候補である。本報では、HTTR-ISシステムの概念検討結果を示す。HTTR接続の水素製造装置では2次ヘリウムを熱源に使用するが、ISプロセスが原子力クラスでなく化学プラントとして成立するためのシステムフローを提案しヒートマスバランスを含めた基本的成立性を確認した。最適化したHTTR-ISシステムフローを用いた評価の結果、熱効率44%及び水素製造量約1100m/hの達成の見込みが得られた。

HTTR-ISシステムの系統設計のための化学プラントの事故事例研究

本間 洋之; 佐藤 博之; 笠原 清司; 大橋 弘史; 原 輝夫; 加藤 竜馬; 坂場 成昭

JAEA-Technology 2007-006, 60 Pages, 2007/02

JAEA-Technology-2007-006.pdf:15.91MB

化石資源に依存したわれわれの生活は、その化石資源の枯渇や化石資源の大量消費による気候変動や酸性雨などの脅威に晒されている。このため、二酸化炭素のような温暖化ガスの発生がなく、また、環境汚染の心配がない水素が、将来の重要なエネルギー媒体として広く認知されており、近い将来には水素の需要が大きく増大するものと考えられている。大量の水素需要に応えるため、水を原料とした原子力エネルギーによる水素製造、特に高温ガス炉を用いた熱化学法ISプロセスは、ゼロエミッションエネルギー戦略や実用規模への展開において、最も期待できる水素製造法である。しかし、高温ガス炉によるISプロセス水素製造の技術基盤を確立するためには、我が国唯一の高温ガス炉であるHTTRを用いた研究開発が不可欠である。HTTRは、日本原子力研究開発機構(原子力機構)の大洗研究開発センターに建設され、運転試験が行われている。原子力機構では、高温ガス炉によるISプロセス水素製造技術を実証するため、HTTR接続ISプロセス(HTTR-ISシステム)の設計を開始した。HTTR-ISシステムの設計にあたっては、ISプロセスプラントで発生する各種事故に対する予防保全,事後保全などを考慮する必要がある。そこで、ISプロセスプラントに関係する化学プラントでの事故事例を整理し、その結果をもとにISプロセスプラントの系統設計に必要な事故防止対策案を提示した。本報告はそれらについてまとめたものである。

Hydrogen production by using heat from High-Temperature Gas-Cooled Reactor HTTR; HTTR-IS plan

坂場 成昭; 笠原 清司; 大橋 弘史; 寺田 敦彦; 久保 真治; 小貫 薫; 國富 一彦

Proceedings of 2006 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '06) (CD-ROM), p.2238 - 2245, 2006/06

日本原子力研究開発機構では、日本初の高温ガス炉HTTRの核熱を利用する水素製造システムの概念検討を2005年度に開始した。水を熱化学的に分解するISプロセスが水素製造システムの候補である。本報では、HTTRにISプロセスを接続するHTTR-ISシステムの概念設計について述べるとともに、HTTR-ISシステムの熱効率を評価した結果を示す。

工学系モデリング言語としての次世代解析システムの開発(II); プロトタイプ作成による検討

横山 賢治; 細貝 広視*; 宇都 成昭; 笠原 直人; 石川 真

JNC TN9400 2003-021, 205 Pages, 2003/04

JNC-TN9400-2003-021.pdf:8.86MB

高速炉開発において、解析コードを用いた数値シミュレーションは、理論、実験を補足するための重要な役割を果たしている。研究開発に対すニーズが多様化し、解析対象がより複雑化している現在では、工学的なモデルや解析手法を柔軟に変更したり、新たなモデルや手法を開発して容易に従来のシステムを拡張したりできることが、解析コードに求められる重要な要素となってきている。また、原子力に関連する技術分野は多岐にわたるため、多くの異なる分野の物理データや工学的モデル・手法を、いかにうまく結合して利用できるようにするかという点に大きな課題がある。 本研究では、このような課題を解決できる次世代解析システムの実現を目標とし、3種類の方法、(1)多言語(SoftWIRE.NET、Visual Basic.NET、Fortran)、(2)Fortran90、(3)Pythonを採用してプロトタイプの作成・検討を実施した。 この結果、Visual Basic.NETを用いることで、Fortranでかかれた既存の解析コードの機能を新しい解析コードシステム上で部品化することや、Fortran90の新しい機能を用いることにより従来のFortran77で書かれた解析コードの保守性や拡張性を向上させること、Pythonを用いてツールボックス型の解析コードシステムを構築することができることを示した。

工学系モデリング言語としての次世代解析システムの開発,1; 課題および要素技術の調査

横山 賢治; 細貝 広視*; 宇都 成昭; 笠原 直人; 名倉 文則; 大平 正則*; 加藤 雅之*; 石川 真

JNC TN9420 2002-004, 309 Pages, 2002/11

JNC-TN9420-2002-004.pdf:11.4MB

高速炉開発において、解析コードを用いたシミュレーションは、理論、実験を補足するための重要な役割を果たしている。研究開発に対するニーズが多様化し、解析対象がより複雑化している現状では、工学的なモデルや解析手法を柔軟に変更したり、新たなモデルや手法を開発して容易に従来のシステムを拡張したりできることが、解析コードに求められる重要な要素となってきている。また、原子力に関連する技術分野は多肢にわたるため、多くの異なる分野の物理データや工学的モデル・手法を、いかにうまく結合して利用できるようにするかという点に大きな課題がある。本研究では、原子炉の解析で必要となる物理量・解析手法等の工学上のモデリングの概念を、人間・計算機ともに理解できるプログラミング言語、あるいは汎用的な次世代解析システムを開発することを目標とする。この次世代解析システムの新しい概念を、工学系モデリング言語と名づけることとした。本報告書は、この工学系モデリング言語としての次世代解析システムの実現のために利用可能と考えられる最新の計算機技術、ソフトウェア開発技術等を調査した結果をまとめたものである。

超並列計算機を用いた進化的アルゴリズムによる詳細非弾性構成方程式の材料定数自動同定

川崎 信史; Felix, S.; 笠原 直人; 古川 知成*; 古村 忍*; 矢川 元基*

PNC TY9602 97-001, 26 Pages, 1997/04

PNC-TY9602-97-001.pdf:0.52MB

これまで高温ナトリウム機器・配管等の設計においては、正確な応力-ひずみ挙動の評価を行うよりも、安全側に挙動を包絡する簡易な手法を採用してきた。この結果、条件によっては非常に大きな安全裕度を与えることになり、コスト高の要因となっていた。高速炉を実用化していく上では、構造物の各部に発生する応力-ひずみ関係を正確に算定できる非弾性解析手法が必要となる。一方、非弾性解析において材料の挙動を忠実に表現するための構成方程式として、多くの状態記述を行う詳細な式の適用が有力である。しかし、こうした式は、その材料定数の決定過程が複雑で、試行錯誤による膨大な作業が必要であった。簡易なモデルの持つ解析上の利点もあるが、この材料定数決定の難しさも詳細構成方程式の適用を阻む要因となっていた。本研究では、目的関数の値のみによって最適解を探索できる、ロバストな探索手法である進化的アルゴリズム(EA)を使用することによって、詳細非弾性方程式の一つであるChabocheモデルの有する23個の材料定数を同定する。以下に本報の主な結果をまとめる。(1)詳細な非弾性構成方程式の材料定数を決定するという多大な負荷のかかる計算を、進化的アルゴリズムを実装したワークステーション(SUN Sparc Station10)と非弾性解析を行う超並列計算機(CRAY-T3D)をネットワークで結ぶことにより高速並列実行するシステムを開発した。(2)進化的アルゴリズムを用いることにより、詳細な非弾性構成方程式の材料定数を自動的に同定できることを確証した。