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報告書

プルトニウム燃料施設におけるグローブボックス用グローブ材の模擬アルファ線照射効果試験

齋藤 浩介; 野上 嘉能; 古田土 和雄; 松山 一富; 遠藤 秀男

JAEA-Research 2012-027, 118 Pages, 2012/09

JAEA-Research-2012-027.pdf:21.12MB

平成19年から4年間に渡って実施してきた、グローブボックス用ゴム製グローブに対するアルファ線照射影響を定量的に評価した一連の試験をまとめた。試験内容は、グローブ材となる各種ゴム試料に模擬アルファ線として5MeVの$$^{4}$$He$$^{2+}$$イオンを照射し、照射試料を目視及び光学顕微鏡による外観観察並びに引張試験に供したものである。一般に、イオン照射によって表面層数十$$mu$$mのみが劣化して退色及び硬化を呈することがわかった。照射材料は照射量によって引張強さ及び切断時伸びが低下し、引張強さ低下の機構は、表面劣化に伴う損傷を契機とした応力集中である可能性が高いことが見いだされた。高線量環境にて使用されている現行の鉛グローブ材では、イオン照射量1.4$$times$$10$$^{14}$$cm$$^{-2}$$程度で引張強さの減少が飽和した。また100%の引張り負荷を掛けた同試料への照射によって引張強さの減少が加速され、4.6$$times$$10$$^{13}$$cm$$^{-2}$$程度で飽和することがわかった。本試験は、先例がないグローブ材料(有機材料)への低エネルギーイオン照射試験であり、物性変化や変質・劣化の定量的なデータが得られたことや、試験の具体化を行ったことは、学術的にも貴重であると言える。

論文

Design, synthesis, and evaluation of [$$^{188}$$Re]Organorhenium-labeled antibody fragments with renal enzyme-cleavable linkage for low renal radioactivity levels

上原 知也*; 小池 美穂*; 中田 英夫*; 花岡 宏史*; 飯田 靖彦*; 橋本 和幸; 秋澤 宏行*; 遠藤 啓吾*; 荒野 泰*

Bioconjugate Chemistry, 18(1), p.190 - 198, 2007/01

 被引用回数:15 パーセンタイル:50.52(Biochemical Research Methods)

抗体を標識母体とする薬剤は、その緩やかな血液クリアランスのため骨髄障害が広汎な応用を妨げる。標識母体を低分子化抗体(Fab)やペプチドに変換することで骨髄障害は解消されるが、腎臓への放射能滞留による腎障害が問題とされる。本研究では、腎臓刷子縁膜酵素の作用で標識Fabから尿排泄性の放射性代謝物を遊離する放射性レニウム標識薬剤を新規開発し、腎障害の解消を検討した。シクロペンタジエニルトリカルボニルレニウム(CpTR)をRe標識試薬の基本構造に選択し、CpTRにカルボン酸とグリシンを結合したCpTR-Glyの体内動態を検討した。その結果、CpTR-Glyは、マウス血清中で安定であること,血漿蛋白との結合が少ないことを明らかにした。また、CpTR-Glyをマウスに投与したとき、いずれの臓器にも滞留することなく、腎臓から速やかに尿中へと排泄されることを認めた。次に腎臓刷子縁膜酵素の作用でCpTR-GlyをFabから選択的に遊離するアミノ酸配列(マレイミド基)を導入した新規薬剤([$$^{188}$$Re]CpTR-GK-Fab)を設計・合成し、マウス体内放射能動態を検討した。その結果、[$$^{188}$$Re]CpTR-GK-Fabは、尿排泄性の放射性代謝物[$$^{188}$$Re]CpTR-Glyを遊離して、腎臓への放射能集積を投与早期から大きく低減することを認めた。以上より、刷子縁膜酵素を利用した標識薬剤の設計は、金属RI標識低分子化抗体の腎臓への放射能集積の低減に有用であることを明らかにした。

論文

Development of Nondestructive Measurement Techniques for Uranium-contaminated Waste in Containers

大木 耕一; 青山 佳男; 助川 泰弘*; 鈴木 敏*; 佐川 寛*; 土井 英雄*; 遠藤 保美*

Waste Management Symposium '05, 8 Pages, 2005/03

ウラン廃棄物のうち、大型の角型容器中のウラン量を非破壊測定技術により測定評価するシステムを製作し、これを対向対法と名付けた。ウラン線源を使用した性能確認試験を行い、実機への適用性を確認した。

論文

パッシブガンマ法によるコンテナ等廃棄物中のウラン量測定技術の開発

大木 耕一; 青山 佳男; 助川 泰弘*; 鈴木 敏*; 佐川 寛*; 土井 英雄*; 遠藤 保美*

サイクル機構技報, (25), p.57 - 68, 2004/00

ウラン廃棄物のうち、大型の角型容器(コンテナ約1m$$^{3}$$)中のウラン量を非破壊測定技術により測定評価するシステムを製作し、ウラン線源を用いた性能確認試験を行い実機への適用性を確認した。

報告書

高Pu富化度MOX燃料溶解試験(1)-高Pu富化度MOX燃料溶解速度の評価-

菅谷 伸一; 遠藤 秀男; 小笠原 誠洋*; 品田 雅則*; 木幡 正人*

JNC TN8440 2003-004, 24 Pages, 2003/05

JNC-TN8440-2003-004.pdf:5.0MB

高Pu富化度MOX燃料の硝酸への溶解性の基礎データ取得を目的として、Pu富化度をパラメータとしたMOX燃料の溶解試験を実施した。本報告は、高Pu富化度MOX燃料溶解試験(1)として、成型、焼結したMOX燃料を、沸騰状態の7M硝酸中で溶解し、溶液中のPu及びUの濃度を測定して溶解速度を求めた結果にづいて報告する。MOX燃料の溶解速度は、1.Pu富化度の増加とともに低下し、2.溶解開始6時間を過ぎると遅くなる傾向を示した。これらの傾向は、過去に実施された同様の試験結果とよく一致したが、溶解速度は、過去の結果よりも3$$sim$$6倍速い値であった。この違いは、試験に使用した粉末試料の表面積を過小評価したこと及びMOX燃料の0/Mの違いにより生じたと考えられる。

報告書

プルトニウム-ウラン混合原料粉末の酸化挙動-酸化プロセスと酸化速度の評価-

加藤 正人; 宇野 弘樹*; 田村 哲也*; 遠藤 秀男

JNC TN8400 2003-013, 48 Pages, 2003/05

JNC-TN8400-2003-013.pdf:29.92MB

サイクル機構では、MOX燃料の原料としてマイクロ波直接脱硝によって得られたMOX粉末(1:1MOX)を用いている。MOX原料は、貯蔵及び製造工程において、自己発熱により原料粉末の温度が上昇し、酸化が進むことが知られている。本報告では、1:1MOXについて、酸化プロセス及び酸化速度を評価し、MOX原料の酸化に関する基礎データを取得することを目的とした。 試験は、原料の比表面積をパラメータとして、示差熱-熱重量計を用いて等速度昇温酸化と等温酸化酸化を測定した。また、酸化試験後の試料は、X線回折測定を行った。試験の結果、酸化は2段階で起こり、比表面積によって以下のように酸化プロセスが変化することがわかった。1.酸化プロセス1 試料3(比表面積 2.24m$$^{2}$$/g)1段目:MO$$_{2}$$$$rightarrow$$MO$$_{2+X}$$$$rightarrow$$MO$$_{2.25}$$ 2段目:MO$$_{2.25}$$$$rightarrow$$MO$$_{2.25}$$+M$$_{3}$$O$8-y2.酸化プロセス2$試料1、2(比表面積5.59、3.86m$$_{2}$$/g)1段目:MO$$_{2}$$$$rightarrow$$MO$$_{2+X}$$+ MO$$_{3-Z}$$$$rightarrow$$MO$$_{2.25}$$+ MO$$_{3-Z}$$ 2段目:MO$$_{2.25}$$+ MO$$_{3-Z}$$$$rightarrow$$MO$$_{2.25}$$+M$$_{3}$$O$$_{8-y}$$+ MO$3-Z酸化速度をAvrami-Erofeevの式で評価し、原料粉末の酸化時のO/Mの変化を原料の比表面積、保持温度、保持時間で表す式を作成し試験結果を良く表すことができた。$

報告書

(Pu,U)O$$_{2}$$の酸素ポテンシャルI UO$$_{2+X}$$ 及び(Pu$$_{0.3}$$U$$_{0.7}$$)O$$_{2-X}$$の測定と格子欠陥理論によるモデル化

加藤 正人; 田村 哲也*; 遠藤 秀男

JNC TN8400 2002-020, 76 Pages, 2003/03

JNC-TN8400-2002-020.pdf:2.1MB

UO$$_{2}$$及びMOXの酸素/金属比(O/M比)は、照射挙動に影響を与えるため、重要な燃料仕様の一つである。酸化物燃料の酸素ポテンシャル測定は、照射挙動や燃料製造条件を最適化する目的で、様々な手法により行われている。本報告では、示差熱-熱重量計(TG-DTA)を用いて酸素ポテンシャル測定を確立するとともに、UO$$_{rm 2+X}$$及び(Pu$$_{0.3}$$U$$_{0.7}$$)O$$_{rm 2-X}$$の酸素ポテンシャル測定を行ったので報告する。試験はAr/H$$_{2}$$/H$$_{2}$$O系のガスによる気相平衡法により実施し、800$$^{circ}$$C, 1000$$^{circ}$$C, 1200$$^{circ}$$Cにおいて定比組成近傍のデータ測定を行った。O/M は、混合ガスの割合をステップ上に変化させ、重量変化からO/M変化量を求めた。酸素分圧は、装置の前後で安定化ジルコニアの酸素センサーにより測定し、測定温度での酸素分圧を評価した。各温度における測定結果は、文献値とよく一致した。測定結果より$$Delta$$Go$$_{2}$$, $$Delta$$Ho$$_{2}$$, $$Delta$$So$$_{2}$$を評価した。また、測定結果と文献値から格子欠陥モデルを適用して酸素分圧とO/Mの関係を整理した。UO$$_{rm 2+X}$$, (Pu$$_{0.3}$$U$$_{0.7}$$)O$$_{2pm x}$$及びPuO$$_{rm 2-X}$$について、Xを温度と酸素分圧で表す式を作成し、測定データと計算結果がよく一致することを確認した。

報告書

プルトニウム-ウラン混合酸化物の自己照射欠陥 -格子成長と熱回復-

加藤 正人; 菅田 博正*; 遠藤 秀男

JNC TN8400 2002-019, 41 Pages, 2003/03

JNC-TN8400-2002-019.pdf:1.84MB

プルトニウム化合物は、プルトニウムからの$$alpha$$線により格子欠陥が生成され、格子定数や熱伝導率などの物性値が変化することが知られている。本試験では、MOX燃料の保管中の物性データ変化を評価するために、$$alpha$$線損傷による格子膨張と熱回復挙動について調べた。試料は、焼結したプルトニウム-ウラン混合酸化物(MOX)を粉末にし、約2年の間、大気中に保管して試験を行った。その結果、格子定数は、$$alpha$$線照射量の関数で表すことができ、その飽和増加率は0.23%となった。$$alpha$$線による照射欠陥は、400$$^{circ}C$$以下、400$$sim$$800$$^{circ}C$$、800$$^{circ}C$$以上の3段階の熱回復が観察され、全格子膨張のうち各回復の割合は、それぞれ、約25%、55%、20%であった。また、各回復の活性化エネルギは、0.14eV、0.54eV及び1.1eVであった。

報告書

MA含有低除染燃料の開発I; Np含有MOXの焼結特性と相分離挙動

森本 恭一; 加藤 正人; 西山 元邦; 遠藤 秀男; 河野 秀作; 宇野 弘樹*; 田村 哲也*; 菅田 博正*

JNC TN8400 2003-011, 32 Pages, 2003/01

JNC-TN8400-2003-011.pdf:0.62MB

先進的核燃料リサイクルの燃料として Npを含有させた MOX燃料が考えられている。Np含有MOX 燃料の開発を進めるためには、照射燃料製造及び燃料設計に必要となる Np-Pu-U 系混合酸化物に関する基礎的なデータ取得が必要である。本報告では、Np含有(最大 12%)MOXのペレットを作製し、焼結特性に及ぼす Npの影響、相安定性及び均質性について評価した。試験の結果、Np の濃度の増加により密度が低下し、Np は焼結中の緻密化を遅くする効果があることがわかった。相安定性については、O/M=1.90$$sim$$2.00の試料について、相状態を観察し、MOXと Np 含有 MOX の相分離挙動はほぼ同じであることが分かった。また、均質性の評価を行い、本試験で作製した試料は均質性が良く、Puスポットの観点からは燃料仕様上問題がないことが分かった。

報告書

ITER用超伝導コイルの製作技術開発と成果

濱田 一弥; 中嶋 秀夫; 奥野 清; 遠藤 壮*; 菊地 賢一*; 久保 芳生*; 青木 伸夫*; 山田 雄一*; 大崎 治*; 佐々木 崇*; et al.

JAERI-Tech 2002-027, 23 Pages, 2002/03

JAERI-Tech-2002-027.pdf:2.94MB

国際熱核融合実験炉(ITER)の建設判断に必要な技術を実証することを目的として、1992年から工学設計活動 (EDA) が日本,欧州連合(EU),ロシア,米国の国際協力によって進められた。このEDAでは、各種の先端的機器の製作技術開発が行われ、ITERで必要とされる製作技術の実証と技術目標の達成に成功し、2001年7月に終了した。そして、現在、ITER計画は建設に向けた新たな局面へと進んでいる。ITERの超伝導コイル・システムは、トロイダル磁場(TF)コイル,中心ソレノイド(CS)コイル,ポロイダル磁場(PF)コイル,及び不整磁場補正コイルの4種類からなる。これらのコイルの内、CSコイル及びTFコイルは、これまで経験したことのない大型かつ高性能なコイルであるため、EDAにおいて、それぞれCSモデル・コイル計画及びTFモデル・コイル計画を実施し、製作技術開発及び超伝導特性の実証試験を行った。CSモデル・コイルの製作には、高性能超伝導素線製造技術,大型撚線技術,コイル化技術,熱処理技術,超伝導導体接続技術及び高耐電圧絶縁技術の開発が不可欠である。本報では日本が中心となって開発に成功したCSモデル・コイルについて、以上の製作技術を中心に紹介する。

報告書

振動滴下装置を用いたウラン粒子燃料製造に係る外部ゲル化試験

西村 一久; 庄司 修一*; 羽成 章*; 佐藤 誠一*; 木原 義之; 遠藤 秀男

JNC TN8430 2001-005, 64 Pages, 2001/09

JNC-TN8430-2001-005.pdf:4.1MB

先進的リサイクルシステムのMOX燃料製造法の有力な候補として外部ゲル化法がある。MOX試験の実施に先立ちウランを用いて基本的な機器の把握・製造条件の確認を行った。製造試験では基本的な条件の調査を行い、1)原料となる硝酸ウラニルの調製とPVA水溶液の調製試験を行い、適切な調製条件を調査した。2)液滴を生成するための滴下原液の調製、振動滴下装置による液滴生成に関する試験を行い、適切な振動数、送液速度を調査した。3)ゲル化反応の際の、原液組成、アンモニア濃度の影響を調査した。4)ゲル球の熟成・洗浄・乾燥条件について試験を行い、不純物の除去効果などを調査した。5)乾燥ゲル球の示差熱分析及び焙焼試験を行い、酸化物粒子を得た。このことで最終的な焼結粒子が得られる見通しがついた。また、特性評価などを行い、粒子直径の高い制御性や物質収支に関して技術的な問題がないことを確認した。本試験の結果、振動滴下装置を用いたゲル化法についてのMOX粒子製造試験を行う準備がほぼ整った。しかし、ゲル球の表面ひび割れなどの未解決課題については引き続きウラン試験を行い解決する必要がある。

報告書

抵抗溶接法の開発(4)(7A材内圧封入型クリープ試験片の製作)

遠藤 秀男; 関 正之; 石橋 藤雄; 平子 一仁*; 塚田 竜也*

JNC TN8410 2001-004, 45 Pages, 2001/02

JNC-TN8410-2001-004.pdf:6.53MB

1.目的 平成11年度に抵抗溶接部の強度試験を行った結果、内圧クリープ試験において、破損目標時間よりも短時間で接合部から破損した。その破損要因を確認する試験に供するために試験片を製作した。2.方法 抵抗溶接法にて、内圧封入型クリープ試験片を製作する。被覆管は、管肉厚の偏肉が少なく、再結晶率の高い材料を用いた。溶接後には熱処理を行い、残留応力の影響と鋭敏化及び炭化物の影響を軽減した。3.結果のまとめ (1)試験片の製作においては、試験用部材を用いて試験条件を設定し、本番用部材を用いて内圧封入型クリープ試験片を製作した。製作した試験片3本のうち、2本は後熱処理を行わず大洗)MMSへ送付した。(平成12年8月4日)残りの1本は、後熱処理条件の最適化のために行う残留応力測定試験の結果を受け、熱処理を施した後に試験に供した。(2)試験片は、フェライト系ODS鋼製被覆管の両端に端栓を溶接した構造である。端栓の材質は、内圧封入口側を高強度フェライト/マルテンサイト鋼、もう一方はフェライト系ODS鋼材を用い、抵抗溶接法にて接合した。(3)接合部の健全性の確認としては、溶接中に各種波形データを採取し、異常値の無いこと及び溶接部の超音波探傷試験を行い、未接合部の無いことを確認した。異常値が発生した場合は、再度試験片の製作をおこなった。(4)機械的強度は、高温(800$$^{circ}C$$)引張試験において母材のリング引張強度と同等以上であることを確認した。4.結論 以上の結果から、現状では最良と考えられる試験片製作を行うことができた。

報告書

模擬粒子を用いた振動充填燃料の充填挙動評価(研究報告)

重留 義明; 鈴木 政浩; 宮本 寛; 古村 誠太郎*; 遠藤 秀男

JNC TN8400 2000-023, 84 Pages, 2000/07

JNC-TN8400-2000-023.pdf:3.48MB

振動充填燃料の充填挙動に影響するファクターを明確にするため、各種コールド試験及びミクロな粒子挙動の解明を試みるためシミュレーションを実施した。球状粒子の充填挙動について幾何学的ファクターと動的ファクターに分けて影響評価を行い、幾何学的ファクターについては充填密度がAyerにより導かれた被覆管及び粒子の径の関数で表される式により一意に定まるものであることを確認した。速度ファクターについては、変位をできるだけ小さくした場合に充填が速やかに進行し、また充填後に偏析が発生しづらいことがわかった。塊状粒子についても同様な検討を行った。その結果、塊状粒子の場合は細粒の比率を高めるという、球状粒子とは異なる比率の方が充填率は高くなった。また速度ファクターについては周波数掃引を行うことにより充填効率を高めることができ、80%の充填率を達成することができた。また解析コードにより粒子の充填状態及び偏析の挙動評価を行った。

報告書

抵抗溶接法の開発(3)(ODS鋼強度評価用試験片の製作)

遠藤 秀男; 関 正之; 石橋 藤雄; 平 一仁*; 塚田 竜也*

JNC TN8410 2000-007, 89 Pages, 2000/03

JNC-TN8410-2000-007.pdf:6.28MB

1.目的 平成9年度に試作したODS鉄製被覆材(フェライト系ODS鋼(以下、「F系ODS」と称す。)とマルテンサイト系ODS鋼(以下、「M系ODS」と称す。))の強度特性及び抵抗溶接部の接合強度を確認することを目的として、内圧封入型クリープ試験片、引張試験試験片、内圧バースト試験及び急速加熱バースト試験片を製作した。2.試験方法 抵抗溶接法を用いて試験片の製作を行うあたり、溶接条件設定試験を兼ねてODS鋼の溶接特性を確認するとともに、試験片製作時には、接合部の健全性を保証するために必要な項目の洗い出しと検証を実施した。また、接合強度を確認するために、引張試験(RT,600,700,800$$^{circ}C$$)と参考までに内圧クリープ試験を実施した。3.試験結果と考察 3.1溶接特性について(1)被覆管の肉厚が厚くなると、接合界内部における被覆管内厚の減少が生じた。これは、被覆管側のコレットチャックによる冷却効果が弱まり、接合部近傍における加熱範囲が拡張し、バリとして接合面外へ排出されたものと考える。また、被覆管の偏肉が大きくなると、肉厚の薄い方は異常発生を生じた。均一な接合継ぎ手を得るためには、予熱電流を下げ、時間を長くし、高加圧力で行い、溶接時における接触抵抗を低く抑えられる条件にする必要がある。(2)M系ODS及びF系ODS被覆管と高強度フェライトマルテンサイト鋼(以下、「62PFS」と称す。)端栓の組合せでは、接合部近傍の硬さが増加した。しかし、溶接後熱処理(710$$^{circ}C$$-10分)を行うと、その硬さは、母材と同等の硬さまで回復した。これらの材料を溶接する場合は、溶接後に熱処理が必要となる。3.2接合強度について(1)引張試験結果は、一部を除き母材と概ね同様な強度を示した。しかし、F系ODS被覆管と62FS端栓の組合せでは、接合部に細粒組織が、M系ODS被覆管では、接合部近傍の被覆管側に炭化物が析出した。これらの析出物等が高温(800$$^{circ}C$$)引張試験において接合部から破断した要因と考えられる。(2)M系ODS(M91材)材を用いて参考のために、内圧クリープ試験を実施した。破断設定時間は、100hと300hの2試料とし、いずれも管部からの破断であり、接合部は健全であった。(3)今後は、析出物等と接合強度の関係を確認する目的からシャルピー衝撃試験等を行い、接合部の破壊ジン性評価を行う。また

報告書

抵抗溶接試験結果報告(基本特性把握試験結果その2)

遠藤 秀男; 関 正之; 石橋 藤雄; 石橋 藤雄*; 平子 一仁*; 塚田 竜也*

JNC TN8430 2000-002, 30 Pages, 1999/12

JNC-TN8430-2000-002.pdf:1.62MB

1.目的 酸化物分散強化型フェライト鋼(以下、ODS鋼」と称す。)は、中性子照射量50$$times$$10 26n/m2を目標に開発している長寿命被覆管材料であり、本材料の溶接法として抵抗溶接法の技術開発を実施している。本試験は、抵抗溶接法を用いてODS鋼の溶接試験を行い、基本的な溶接特性を確認するために実施した。2.実施期間 平成11年3月$$sim$$8月末(レーザ試験棟)3.試験方法 抵抗溶接装置を用いて、昭和63年度に試作したODS鋼材の溶接特性確認試験を実施した。溶接条件は、電流、加圧力、溶接雰囲気等をパラメータとして試験片を作製し、各種破壊検査を行った。評価項目としては、溶接時の波形データ、接合部近傍の硬さ、接合状態、引張強度及び単軸クリープ強度等と接合強度の関連性を確認した。4.結論4.1最適溶接条件と設定した根拠[溶接電流:7KA-14.5KA,加圧力:600kg]既存の装置でODS鋼を溶接する場合における本溶接条件は妥当な溶接条件と考える。特に、溶接時における接触抵抗は、必要以上に発熱を伴うため、既存の装置では溶接ヘッドの追従性を改善しない限り、溶融金属を全て接合部外へ排出することは困難である。よって、既存の溶接装置で健全な溶接継ぎ手を得るためには、可能な限り接触抵抗を低く抑えることが肝要である。この事により、接合部の硬さ低下の防止、酸化物の凝集幅の縮小等について改善を図ることができ、母材と同等の強度を得られると考えられる。また、溶接雰囲気についても大気中と真空中で溶接試験を行った結果、真空中の方が高強度の接合継ぎ手を得られることを確認した。

報告書

ショートプロセス技術開発計画-基礎試験実施計画書-

山口 俊弘; 大代 操; 小幡 真一; 木原 義之; 遠藤 秀男

JNC TN8410 99-011, 65 Pages, 1999/04

JNC-TN8410-99-011.pdf:3.63MB

FBR発電コストの低減に向け、MOX燃料コストを低減することが重要課題の一つと考えられる。MOX燃料製造コストの低減は、(1)建設費、(2)運転費及び(3)部材費のそれぞれの低廉化することが重要である。そして、この低廉化は主として設備・機器の高度化・コンパクト化とプロセスの合理化等により達成することができる。この開発ステップとして、プロセスの簡素化による設備数の削減、稼働率の向上、製品品質の安定化、ホールドアップ量の低減、核物質搬送の効率化や運転員の削減による運転費の削減のためのプロセスの合理化を初めに進めることが重要であると考えている。そこで、このプロセスの合理化の方策として、平成7年に「ショートプロセス技術開発」が提案された。また、平成10年度の外部評価委員会での審議を受け、了解が得られた。本計画書は、ショートプロセス技術開発の概要を述べるとともに、今後の4年間で実施する基礎試験の実施計画書を示したものである。

報告書

低密度ペレット製造条件確立試験(IX)密度低下現象解明試験(2)

上村 勝一郎; 川瀬 啓一; 成田 大祐; 遠藤 秀男; 山本 純太

PNC TN8410 95-008, 97 Pages, 1994/04

PNC-TN8410-95-008.pdf:10.4MB

Pu工場において「もんじゅ」内側炉心ペレット製造が行われている時に、あるロットから著しく焼結密度が低下する現象が発生した。これらのロットのペレットでは、金相観察においてクラック状の空孔(ミミズ状ポア)が多数発生していることが判明した。その原因として、乾式回収粉と混合転換粉の焼結挙動に差が生じ、密度低下現象(ミミズ状ポア〔参考写真参照〕の発生)が起きたと推定された(製造課エンジニアリングシートNO製造-92-257参照)。そこで、Pu開発室において、密度低下現象解明試験(1)を実施した。その結果、製造工程の条件にはほとんど関係なく、ミミズ状ポアの発生には乾式回収粉の性状が大きく影響していると推定される結果が得られた。1)。そこで本試験では、Pu開発室において結晶粒を成長(不活性化を進行)させた数種類の乾式回収粉を製造し、乾式回収粉の性質がペレットに及ぼす影響を調べた。その結果、乾式回収粉の結晶粒径によって、密度の割合が異なることが判明した。しかし、ポアフォーマの添加の有無によって密度低下の傾向が異なり、結晶粒径と密度低下の割合との相関は明らかにできなかった。ミミズ状ポアの発生には、乾式回収粉と他の原料粉末との粒径の比が影響していると推定され、正確な発生条件の解明には、原料粉末の粒径、粒度分布を揃えた条件での試験が必要であると考えられる。また、Pu工場における燃料製造においては、乾式回収粉の物性値の他に乾式回収粉用のペレット結晶粒径についても把握しておく必要があると考えられる。

報告書

低密度ペレット製造条件確立試験(10) 酸化破砕による乾式回収試験(2)

川瀬 啓一; 遠藤 秀男; 山本 純太; 上村 勝一郎

PNC TN8410 94-227, 60 Pages, 1994/04

PNC-TN8410-94-227.pdf:8.13MB

本法では、乾式回収試験(I)(「もんじゅ」内側炉心燃料ペレットの乾式回収試験)の結果をもとに、「もんじゅ」外側炉心燃料ペレット(Pu富化度約30%)の乾式回収条件の把握を行うことを目的として実施し、その結果をまとめた。実施した試験の結果から、Pu富化度約30%の「もんじゅ」外側炉心燃料ペレットでは、内側炉心燃料ペレット(Pu富化度約22%)の場合に空気中で500$$^{circ}C$$付近の3時間酸化によって起こった破砕は観察されず、空気中での酸化による結晶構造の変化による破砕は起こらないことが判明した。また、X線回折による結晶構造の分析においても、酸化による破砕の原因となる斜方晶(M3 O8-Z )相の析出は認められず、最も酸化された試料でも正方晶(M4 O9-Y )相までしか酸化されていなかった。さらに同一試料について酸化・還元を繰り返した試験を実施しても、破砕は認められなかった。しかし、金相観察の結果、酸化後のペレットにおいてクラックが多数観察されており、ペレット自体も脆くなっていた。これらの結果より、外側炉心燃料ペレットにおいては、空気中での酸化によって斜方晶を発生させ、結晶格子の歪を利用した細かい破砕は起こらないが、ペレットにクラックが入ることにより機械的な方法も併用すれば粉砕できる可能性があることが判明した。なお、このクラックの発生メカニズムについては今後検討してゆく必要がある。

報告書

NO-HNO3化学交換法(NITROX)による窒素15濃縮コスト評価委託研究(2)(最終成果報告書)

遠藤 秀男; 森平 正之; 佐藤 俊一; 上村 勝一郎; 長井 修一朗

PNC TN8410 94-003, 115 Pages, 1993/12

PNC-TN8410-94-003.pdf:3.74MB

現在動燃内で窒化物燃料の実用性評価研究を進めている。窒化物燃料の窒素に天然窒素を使用した場合、炉内でのSUP14/Nの(n,p)反応によるSUP14/Cの発生と増殖比の低下を招くことになるため、窒化物燃料としての特性を活かすためにはSUP15/Nを使用する必要がある。ところが、現在のSUP15/N生産量は小さく価格も約11万円/gと非常に高価である。そのため、生産量を大きくした場合のSUP15/N濃縮コスト評価の必要性が生じ、SUP15/N濃縮研究の第一人者である米国在住の石田孝信教授及びDr.W.Spindelに委託研究としてコスト評価をお願いした。本報告書は委託研究の最終成果報告を動燃の技術資料として再整理したものである。なお、評価に当たってのSUP15/N生産量を100kg/年$$sim$$4,500kg/年に、濃縮度を90%$$sim$$99.7%(または99.9%)に設定した。また、NITROX法の交換反応はH/SUP14/NO/SUB3+SUP15/NO$$leftarrow$$$$rightarrow$$H/SUP15/NO/SUB3+SUP14/NOと表わせる。

報告書

MOXペレットの焼結挙動解明試験(I) 巨視的な観点からの試験結果の評価及び焼結挙動解明の方向性

遠藤 秀男; 加藤 直人; 鈴木 満; 中島 靖雄; 成田 大祐; 森平 正之; 飛田 典幸

PNC TN8410 93-280, 235 Pages, 1993/10

PNC-TN8410-93-280.pdf:4.02MB

試験は昭和60年から平成元年にかけて、Pu、U混合転換粉を用いて行われた。本報告書は、その集大成としてまとめたものである。試験の結果、予焼後残留C量が多いペレットをN2-H2混合ガス下で焼結すると、CがMOX中のOを直接奪う還元反応とし窒化物生成を伴う炭素熱還元反応によってCOガスが発生すること、発生したCOガスがクローズドポアにトラップされた時に生ずる圧力によって焼きぶくれが生ずること、したがって焼きぶくれはクローズドポアが早期にできやすい焼結速度の速い条件下での焼結時に発生しやすいこと、そして予焼後残留C量を少なくするにはCO2ガスの使用が効果的であること、が明らかとなった。また、焼結挙動のメカニズムの検討を行い、いまだわかっていない課題を整理するとともに、今後行うべき焼結挙動解明の方向性について述べた。

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