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報告書

核融合原型炉SlimCSの概念設計

飛田 健次; 西尾 敏*; 榎枝 幹男; 中村 博文; 林 巧; 朝倉 伸幸; 宇藤 裕康; 谷川 博康; 西谷 健夫; 礒野 高明; et al.

JAEA-Research 2010-019, 194 Pages, 2010/08

JAEA-Research-2010-019-01.pdf:48.47MB
JAEA-Research-2010-019-02.pdf:19.4MB

発電実証だけでなく、最終的には経済性までを一段階で見通しうる核融合原型炉SlimCSの概念設計の成果を報告する。核融合の開発では、これまで、1990年に提案されたSSTR(Steady State Tokamak Reactor)が標準的な原型炉概念とされてきたが、本研究はSSTRより軽量化を図るため小規模な中心ソレノイドを採用して炉全体の小型化と低アスペクト比化を図り、高ベータ及び高楕円度(グリーンワルド密度限界を高めうる)を持つ炉心プラズマにより高出力密度を目指した。主要パラメータは、プラズマ主半径5.5m,アスペクト比2.6,楕円度2.0,規格化ベータ値4.3,核融合出力2.95GW,平均中性子壁負荷3MW/m$$^{2}$$とした。この炉概念の技術的成立性を、プラズマ物理,炉構造,ブランケット,超伝導コイル,保守及び建屋の観点から検討した。

論文

Feasibilyty study on a simplified MOX pellet fabrication process, the short process, for fast breeder reactor fuel

朝倉 浩一; 武内 健太郎; 牧野 崇義; 加藤 良幸

Nuclear Technology, 167(3), p.348 - 361, 2009/09

 被引用回数:4 パーセンタイル:32.89(Nuclear Science & Technology)

簡素化MOXペレット製造法,ショートプロセスの技術的な成立性について研究を行った。プルトニウム含有率を30%に調整した約300gのMH-MOX粉末は、転動造粒装置により後続のペレット成型及び焼結プロセスで処理可能な形態に成功裏に処理できた。転動造粒された30%PuO$$_{2}$$-MOX粉末は、ダイ潤滑成型法により中空ペレットへ直接かつスムーズに成型可能であった。ダイ潤滑成型法を用いて調整したペレットは、従来法である粉末潤滑法により調整したペレットよりも高い引張強度を示した。このプロセスでは、グリーンペレット中の添加剤の量を約0.06wt%に制御可能であり、グリーンペレットの脱脂と焼結を同一の炉で処理可能である。転動造粒された30%PuO$$_{2}$$-MOX粉末の平均粒径を制御することにより、1700$$^{circ}$$C 2時間の焼結後に95%以上の理論密度を有するペレットを得ることができた。以上より、MOX中空ペレットを製造するにあたり、ショートプロセスは技術的に成立すると結論付けられる。

論文

Compact DEMO, SlimCS; Design progress and issues

飛田 健次; 西尾 敏; 榎枝 幹男; 川島 寿人; 栗田 源一; 谷川 博康; 中村 博文; 本多 充; 斎藤 愛*; 佐藤 聡; et al.

Nuclear Fusion, 49(7), p.075029_1 - 075029_10, 2009/07

 被引用回数:125 パーセンタイル:98.18(Physics, Fluids & Plasmas)

最近の核融合原型炉SlimCSに関する設計研究では、おもに、ブランケット,ダイバータ,材料,保守を含む炉構造の検討に重点を置いている。この設計研究における炉構造の基本的考え方とそれに関連する課題を報告する。楕円度のついたプラズマの安定化と高ベータ化のため、セクター大の導体シェルを交換ブランケットと固定ブランケット間に設置する構造とした。また、ブランケットには、加圧水冷却,固体増殖材を採用することとした。従来の原型炉設計で検討していた超臨界水冷却を利用するブランケット概念に比べ、トリチウム自給を満足するブランケット概念の選択肢はかなり絞られる。ダイバータ技術やその材料について考慮すると、原型炉のダイバータ板での熱流束上限は8MW/m$$^{2}$$以下とすべきであり、これは原型炉で取り扱うパワー(すなわち、アルファ加熱パワーと電流駆動パワーの和)に対して大きな制約となりうる。

論文

Characteristics and sinterability of MOX powder prepared by the microwave heating denitration method

朝倉 浩一; 加藤 良幸; 古屋 廣高

Nuclear Technology, 162(3), p.265 - 275, 2008/06

 被引用回数:7 パーセンタイル:47.84(Nuclear Science & Technology)

マイクロウェーブ加熱脱硝(MH)法,ADU法及びシュウ酸沈殿法により各々調整された二酸化ウラン,二酸化プルトニウム及びウラン・プルトニウム混合酸化物を用い、これらの粉末のBET比表面積,空気透過法による平均粒径,かさ密度,タップ密度,安息角,スパチュラー角及び凝集度を測定した。BET比表面積と平均粒径から算出した表面積の比から表面粗さの程度を評価し、カーの理論に基づき粉末流動性を評価した。異なる粉末や調整条件の異なる粉末に関するこれらの評価結果について、焙焼温度をパラメータとした比較を行った。MH-MOX粉末の表面粗さについては、ADU-UO$$_{2}$$粉末のそれよりも大きく、シュウ酸沈殿法によるPuO$$_{2}$$のそれよりも小さな結果となった。これらの結果については、セラミックス物質においては一般に用いられているヒューティグ・タンマン温度の概念を用いることにより理解できる。既に、一般の論文でも報告されているように、MH-MOX及びADU-UO$$_{2}$$粉末の流動性は圧縮度の増加とともに減少した。しかし、その値は50以下であった。カーの理論によると、流動性の良い粉末と悪い粉末の境界は、流動性指数が60から69である。それゆえ、MOXペレット製造工程の成型機へ流動性の良い原料粉を供給するには、原料であるMH-MOX粉末,ADU-UO$$_{2}$$粉末及び乾式回収MOX粉末の混合粉末を造粒する必要がある。

論文

Developments in the fabrication technology of low density MOX pellets for fast breeder reactor fuel

朝倉 浩一; 山口 俊弘; 大谷 哲雄

Journal of Nuclear Materials, 357(1-3), p.126 - 137, 2006/10

 被引用回数:9 パーセンタイル:56.05(Materials Science, Multidisciplinary)

密度降下剤として数種類の有機化合物を用いて低密度MOXペレットの製造法を研究した。7.5kgの二酸化ウランを用いたペレット製造試験においては、5種類の密度降下剤のうち、K3が最も優れた性能を発揮したが、36kgのMOXを用いたペレット製造試験ではプルトニウムの崩壊熱がK3の性能に影響を与えている可能性が高く、同様の性能を発揮できなかった。K3と新しく導入した高い軟化温度を有する密度降下剤であるアビセルとの熱的安定性の比較試験において、K3は報告されている融点(84-88$$^{circ}$$C)より低い70$$^{circ}$$Cにおいて球状の形状を喪失し、結果として密度降下剤としての性能を失った。一方、アビセルは150$$^{circ}$$Cまでその球状の形状を維持できた。MOX燃料ペレットの量産規模と同じスケールである36kgのMOXを用いたペレット製造試験においてもアビセルのポア形成性能は確認できた。

論文

Effect of residual carbon on the sintering behavior of MOX pellets

朝倉 浩一; 武内 健太郎

Journal of Nuclear Materials, 348(1-2), p.163 - 173, 2006/01

 被引用回数:12 パーセンタイル:65.95(Materials Science, Multidisciplinary)

MOX燃料ペレットの焼結挙動への残留炭素の影響を研究するため、異なる量の炭素(290$$sim$$1735ppm)を含むMOXペレットの焼結挙動を1073$$sim$$2023Kの温度範囲で調査した。加熱中の試料の収縮は非接触型のディラトメータで測定した。高炭素残留濃度の2試料は、低残留炭素濃度2試料と比較し、1273$$sim$$1523Kの温度範囲において約6倍の収縮を示した。この挙動は、高残留炭素濃度試料においては、COガスの生成によりO/Mが低下し、結果として金属イオンの相互拡散係数が大きく増加したと考えることに理解できる。低残留炭素濃度試料では、COガスの生成量が小さいため、相互拡散係数には影響しない。2種類の試料における収縮挙動の違いは、セラミックスの初期焼結段階に適用される理論モデルからも議論されている。

口頭

Horizontal development of experience of accident/incident in JAEA (JNC)

小林 英男; 朝倉 浩一

no journal, , 

第4回INSAF MOX WG会合において以下の外部発表を行う。社内外で発生した事故トラブルの情報、その再発防止対策、教訓並びに良好な安全対策事例を共有する「水平展開」のシステムを紹介する。

口頭

Safety design for removing decay heat from Storage and Equipment in PFPF

朝倉 浩一

no journal, , 

第4回INSAF MOX WG会合にて、プルトニウムの崩壊熱に対応した施設,設備の設計内容について紹介する。

口頭

Structure of MOX pellet inspections and their procedures in JAEA

朝倉 浩一

no journal, , 

第5回INSAF/MOX-WG会合において、JAEAにおけるMOXペレット検査にかかわる組織や手順について紹介する。

口頭

Experiences in MOX fuel fabrication for the advanced thermal reactor, ATR, Fugen

沖田 高敏; 須藤 勝夫; 木原 義之; 朝倉 浩一; 小島 久雄

no journal, , 

原子力機構は、1974年から2001年にかけて、プルトニウム燃料第二開発室で773体の新型転換炉「ふげん」用のMOX燃料を製造した。この製造工程の主な特徴は、ボールミルによる一段混合,無造粒による成型、バッチ炉による焼結である。一段混合法では、秤量した各種原料粉末をボールミルのみで仕様のプルトニウム富化度に粉砕混合される。MOX粉末はボールミルによりミクロンサイズの粒子に粉砕され、その後の添加剤混合工程で造粒したように二次粒子が形成される。添加剤混合工程での二次粒子の形成により、「ふげん」用の成型金型に容易に充填できる流動性が得られる。「ふげん」燃料製造では、円筒形のバッチ炉を焼結炉及び脱脂炉に使用した。円筒形状の炉は優れた均熱性を有しおり、焼結ペレットの密度は仕様に対して十分小さな標準偏差となった。プルトニウム燃料第二開発室で製造した「ふげん」用燃料集合体は、照射により一体も破損することはなかった。28年間に渡る「ふげん」燃料製造を通じて、ボールミルによる一段混合、無造粒による成型、バッチ炉による焼結といった枢要技術が、年間10トン規模の燃料製造適用できることを確証した。

口頭

Status of MOX fuel development for the FBR system in JAEA

小島 久雄; 伊藤 正徳; 高橋 三郎; 朝倉 浩一; 青木 義一

no journal, , 

原子力機構は、再処理及びMOX燃料製造の事業を一つのサイトで行っている世界中でも数少ない例であり、再処理と燃料製造をつなぐ取りあい部分の技術の最適化を世界に先駆けて実証してきている。本報告ではMOX燃料による高速増殖炉システムの確立に向けた核燃料サイクル工学研究所の役割と現状について報告する。

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