超臨界水冷却固体増殖ブランケットシステムの概念検討

榎枝 幹男; 小原 祥裕; 秋場 真人; 佐藤 聡; 秦野 歳久; 古作 泰雄; 黒田 敏公*; 菊池 茂人*; 柳 義彦*; 小西 哲之; et al.

JAERI-Tech 2001-078, 120 Pages, 2001/12

JAERI-Tech-2001-078.pdf:8.3MB

本報告書は、経済的競争力の強化と技術的な堅実さの維持を両立する原型炉ブランケットの概念構築を目的として行われた平成12年度の原型炉ブランケット設計会議での作業内容をとりまとめたものである。平成11年度の核融合会議戦略検討分科会の議論等から、原型炉の果たすべき使命に関して見直しがなされ、経済的な競合性を有する実用炉の原型であり、それと同じ材料と設計を使用して商業的に魅力ある動力炉の原型であるから、原型炉で、実用化に必要な技術はすべて開発し実証する、と結論付けられた。この見直しを受けて、過去数年にわたるプラズマ研究や炉工学技術開発の進展を勘案して、開発目標として再設定をし、原型炉としてA-SSTRで提案された超臨界水冷却方式の固体増殖ブランケットを目標とし、その概念検討を行った。本概念検討の結果、除熱,発電,燃料増殖,遮蔽などの基本的な性能に関して、超臨界水冷却固体増殖ブランケットの実現可能性が示された。また、電磁力に関する検討,超臨界水による腐食防止に関する予備調査,トリチウム生成挙動と回収方式の検討,冷却発電システムの検討,モジュール製作性の検討,遠隔保守着脱機構,交換計画の検討などを行い、今後解決するべき検討課題を明らかにした。

Numerical analysis model for thermal conductivities of packed beds with high solid-to-gas conductivity ratio

菊池 茂人*

International Journal of Heat and Mass Transfer, 44(6), p.1213 - 1221, 2001/03

https://doi.org/10.1016/S0017-9310(00)00167-8

ペブル充填層の実効熱伝導率の数値解析では、これまで、ペブルが正方格子状に規則配列した場合のユニットセルでモデル化しており、ランダム配列を考慮していないにもかかわらず、測定結果に一致してしまい、この解明が課題であった。また、ペブル充填層の熱伝導率が容器壁近傍で減少することが測定されていたが、その物理的説明が不十分であり、数値解析モデルも存在しなかった。本研究では、ランダムペブル充填層の熱伝導率は、従来のユニットセルの約2倍と評価した。また、壁近傍で熱伝導率が減少する原因は、壁近傍でペブル同士の接触点の数が減少すること、及び容器壁の熱伝導率が有限な大きさであることを示し、容器壁を含むことを特徴とする解析モデルを提案した。壁近傍熱伝導率とパルク領域の熱伝導率比を、文献をもとに測定値と比較し、本解析モデルの妥当性を検証した。

Preliminary thermo-mechanical analysis of ITER breeding blanket

菊池 茂人*; 黒田 敏公*; 榎枝 幹男

JAERI-Tech 98-059, 75 Pages, 1999/01

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ペブル状の増殖材、増倍材が採用される増殖ブランケットの熱・応力解析では、ペブル充填層に特有な熱・機械特性、すなわち、ペブル充填層の伝熱特性が圧縮応力の状態により変化する特性や、せん断力により容易に破壊(流れ)が生じる等の粉体としての機械特性を考慮する必要がある。ここでは、地盤(土壌)解析に使用される弾塑性モデルの一つであるドラッカー・プラガー/キャップモデルを採用するとともに、熱・変位連成解析により伝熱特性の圧縮応力依存性を考慮して、定常時ITER増殖ブランケットの熱・応力解析を行った。解析に必要な、ペブル充填層の熱・機械データは、文献に記載されるペブル充填層の応力-ひずみ測定試験と熱特性測定試験の結果を基に評価した。解析により、現設計のITER増殖ブランケットは、温度の設計条件を満たすことを示した。