Immortal experimental loop at JAEA; Post-process and validation

渡辺 奈央; 大林 寛生; 菅原 隆徳; 佐々 敏信; 西原 健司; Castelliti, D.*

Proceedings of 18th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-18) (USB Flash Drive), p.248 - 261, 2019/08

鉛ビスマス共晶合金(LBE)冷却加速器駆動型核変換システム(ADS)における研究開発のため、J-PARCは高温LBE流動環境下におけるADS構造材料照射実験のためのLBE核破砕ターゲット試験施設の導入を計画している。原子力機構(JAEA)は、このLBEターゲットループのデモとして実寸大テストループの"IMMORTAL"を製作した。当装置は、LBEターゲットの熱流動挙動の研究や、LBEの物性値、圧力損失および熱伝達相関の検証等、多様な目的に沿った使用が期待できる。これらの成果は、先述の試験施設およびLBEターゲット/冷却ADSの設計において有用となる。JAEAとSCK-CENは協力協定のフレームワークにおいて、IMMORTALの試験結果についてのベンチマーク評価を始めた。熱流動システムの解析にはRELAP5-3Dコードを使用した数値解析を実施している。まずは、IMMORTAL1次系ループにおける熱流動挙動の評価および予測のためのRELAP5-3Dモデルを作成した。当モデルによる計算結果から、LBEの物性および経験的相関の検証に関してRELAP5-3Dコードが有用であることが示された。

汎用炉心解析システムMARBLEにおけるORIGEN2コード整備

菅原 隆徳; 小玉 泰寛*; 西原 健司; 平井 康志*

JAEA-Data/Code 2015-016, 27 Pages, 2015/10

JAEA-Data-Code-2015-016.pdf:0.87MB

汎用炉心解析システムMARBLEを用いて加速器駆動核変換システム(ADS)の核設計検討を行う場合、燃焼計算において核分裂生成物がランプ化して扱われるため、燃料交換時に考慮されるべきレアアース等の残存が考慮されないという問題があった。これを改善するため、燃焼計算コードORIGEN2コードをMARBLEで利用できるよう整備を行った。すなわちMARBLE用にORIGEN2コードのカプセル化を行い、高速炉およびADSの燃焼計算にORIGEN2コードを使えるように整備した。これにより燃焼計算における核分裂生成物を核種毎に扱うことが可能となり、燃料交換時のレアアース等の残存を考慮することが可能となった。

Progress review of research and development on accelerator driven system in JAEA

大井川 宏之; 辻本 和文; 佐々 敏信; 倉田 有司; 武井 早憲; 斎藤 滋; 西原 健司; 大林 寛生; 菅原 隆徳; 岩元 大樹

KURRI-KR(CD)-40 (CD-ROM), p.16 - 30, 2013/00

原子力機構では、高レベル放射性廃棄物に含まれるマイナーアクチノイド(MA)の核変換を目的とした加速器駆動核変換システム(ADS)の研究開発を進めている。熱出力800MWのADSが1基で、電気出力1GWの軽水炉10基で生じるMAを核変換できる。原子力機構では、超伝導陽子加速器、核破砕ターゲットとビーム窓、未臨界炉心の核設計と安全性評価等に関するさまざまな研究開発を進めている。さらに、核変換技術に関する基礎的な実験を行うため、J-PARCの第2期計画として核変換実験施設の建設を検討している。

Design study for beam window of ADS and development of LBE flow measurement techniques

大林 寛生; 菅原 隆徳; 西原 健司

Proceedings of 19th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-19) (CD-ROM), 8 Pages, 2011/10

For the feasibility of ADS, the study for the design of a beam window is important. The characteristics of the thermal-fluid behavior around the beam window with the profile of proton beam were simulated by CFD analysis. However, because of a lack of the experimental data for the validation of this numerical analysis, the estimation for the reliability of a beam window design was not enough. And the erosion of the material in the flowing LBE is also significant issue. However, the flow measurement of the general liquid metals was difficult. The flow measurement techniques for LBE flow has been developed by using UVP method. A developed system realizes the measurement of the velocity vector profiles including the information of the multiple velocity components simultaneously on time. And it was successfully applied to the actual LBE flow.

Conceptual design study of beam window for accelerator-driven system

菅原 隆徳; 西原 健司; 大林 寛生; 倉田 有司; 大井川 宏之

Journal of Nuclear Science and Technology, 47(10), p.953 - 962, 2010/10

https://doi.org/10.3327/jnst.47.953

加速器駆動未臨界システム(ADS)の研究開発において、核破砕ターゲット領域におけるビーム窓の概念設計研究は最も重要な課題の一つである。本研究では、陽子ビームプロファイルをこれまでのガウス分布から放物線分布及びフラット分布に変えることによって、より実現性の高い概念を提示することを試みた。具体的には、陽子・中性子輸送計算,液体鉛ビスマスターゲット領域の熱流動解析,ビーム窓の構造解析の各解析を詳細に行った。その結果、ガウス分布から放物線及びフラット分布に変えることで、これまで問題となっていたビーム窓先端部の熱負荷の削減を達成した。これにより、放物線分布の場合、座屈に対する耐性(座屈圧力)が約20%向上した。一方、フラット分布の場合、ビーム窓先端部の代わりにビーム窓周辺部での熱負荷が増加し、座屈圧力はほとんど向上しない結果となった。これらの結果から、現在のADS設計条件においては、本論文で提示した放物線分布が最もよい概念といえる。

Research and development programme on ADS in JAEA

武井 早憲; 大内 伸夫; 佐々 敏信; 濱口 大; 菊地 賢司*; 倉田 有司; 西原 健司; 大林 寛生; 斎藤 滋; 菅原 隆徳; et al.

Proceedings of International Topical Meeting on Nuclear Research Applications and Utilization of Accelerators (CD-ROM), 11 Pages, 2009/05

原子力機構は長寿命放射性核種の核変換処理を目指した加速器駆動未臨界システム(ADS)の研究開発を進めている。原子力機構が提案するADSは、超伝導陽子加速器で熱出力800MWの鉛ビスマス冷却タンク型未臨界炉を駆動するものである。将来のADSの設計研究としては、超伝導陽子加速器用クライオモジュールの製作と試験、現存する加速器の運転データに基づく陽子加速器の信頼性評価などを行っている。J-PARCプロジェクトの核変換実験施設計画については、マイナーアクチノイド燃料を取り扱うための実験装置を含めた設計研究を進めている。

Examination on small-sized cogeneration HTGR for developing countries

坂場 成昭; 橘 幸男; 島川 聡司; 大橋 弘史; 佐藤 博之; Yan, X.; 村上 知行; 大橋 一孝; 中川 繁昭; 後藤 実; et al.

JAEA-Technology 2008-019, 57 Pages, 2008/03

JAEA-Technology-2008-019.pdf:8.59MB

安全性に優れ、発電のみならず水素製造,地域暖房等に利用できる小型コジェネレーション高温ガス炉は、送電網等のインフラが整備されていない発展途上国に最適な原子炉の一つと考えられている。そこで、発展途上国で建設することを想定した小型コジェネレーション高温ガス炉HTR50Cについて検討した。HTR50Cプラントの仕様,機器構成等を決定し、経済性評価を行った結果、小型軽水炉と経済的に競合できることがわかった。

Photoluminescent dinuclear lanthanide complexes with Tris(2-pyridyl)carbinol acting as a new tetradentate bridging ligand

渡邉 雅之; 南川 卓也*; 山田 鉄兵*; 木村 貴海; 並木 康祐*; 村田 昌樹*; 西原 寛*; 館盛 勝一

Inorganic Chemistry, 42(22), p.6977 - 6979, 2003/11

https://doi.org/10.1021/ic034816n

トリス(2-ピリジル)カルビノールとよばれる三脚状の配位子は、金属間距離が非常に短いランタノイド二核錯体を形成することを明らかにした。通常この配位子は三座配位子として働くが、本研究では頭頂部にある酸素ドナーをうまく架橋配位させることで、二核錯体を形成させることが可能となることを見いだした。合成されたEu(III)とTb(III)の錯体では、配位子から金属中心にエネルギー移動を起こすため、強い発光をしめすことが確認された。

Control of metal-metal distance of dinuclear complex by counter anion; Structure and property of lanthanide tris(2-pyridine)carbinol complexes

渡邉 雅之; 南川 卓也; 和田 淳*; 並木 康祐*; 村田 昌樹*; 西原 寛*; 木村 貴海

no journal, , 

トリス(2-ピリジン)カルビノールは、希土類イオンと反応して希土類間を架橋する四座配位子として安定な錯体を生成する。希土類のトリフルオロメタンスルホン酸塩を合成を用いた場合、錯体の構造は、希土類イオン間の距離が非常に短いのに対して、硝酸塩を用いた同様の錯体では、希土類イオン間の距離は長くなる。硝酸イオンは単座及び二座の二つの配位モードを持つことから、硝酸イオンの配位により、配位数が増加したため、イオン半径が大きくなり、イオン間距離が長くなったものと考えられる。本報告では、イオン間距離の違いによる構造上の特徴と、錯体の性質について報告する。

加速器駆動未臨界システムのビーム窓構造検討; ビームプロファイル変化の影響

菅原 隆徳; 大林 寛生; 西原 健司; 佐々 敏信; 大井川 宏之

no journal, , 

加速器駆動未臨界システム(ADS)の成立性にかかわる課題の一つとして、加速器と未臨界炉の境界を成すビーム窓の成立性が挙げられる。本検討では、陽子ビームの径方向プロファイルに着目し、これまでの設計検討で採用してきたガウス分布形状から、放物線形状,フラット形状に変えた場合に、どの程度温度条件が変化し、その結果座屈に対する耐性がどの程度変化するかを検討した。陽子ビームプロファイルの変化に伴うターゲット領域の発熱分布を粒子輸送計算コードPHITSにより計算し、この発熱分布を用いて熱流動解析コードSTAR-CDにより詳細な熱流動解析を行った。熱流動解析の結果から得られたビーム窓の温度分布を使用して、有限要素法解析コードFINASにより座屈解析を行った結果、座屈に至ると見込まれる外圧(座屈圧力)は、ガウス分布の場合には4.11MPa、放物線分布の場合には4.89MPa、フラット分布の場合には4.08MPaとなった。すなわち、ビームの入射形状をこれまで採用してきたガウス分布から放物線分布に変えることで、座屈圧力を約20%向上させることができる。