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論文

A Design study on a metal fuel fast reactor core for high efficiency minor actinide transmutation by loading silicon carbide composite material

大釜 和也; 原 俊治*; 太田 宏一*; 永沼 正行; 大木 繁夫; 飯塚 政利*

Journal of Nuclear Science and Technology, 59(6), p.735 - 747, 2022/06

 被引用回数:0 パーセンタイル:33.72(Nuclear Science & Technology)

A metal fuel fast reactor core for high efficiency minor actinide (MA) transmutation was designed by loading silicon carbide composite material (SiC/SiC) which can improve sodium cooled fast reactor (SFR) core safety characteristics such as sodium void reactivity worth and Doppler coefficient due to neutron moderation. Based on a 750 MWe metal fueled SFR core concept designed in a prior work, the reactor core loading fuel subassemblies with SiC/SiC wrapper tubes and moderator subassemblies was designed. To improve the reactor core safety characteristics efficiently, three layers of SiC/SiC moderator subassemblies were loaded in the core by replacing 108 out of 393 fuel subassemblies with the moderators. The reactor core with approximately 20 wt% MA-containing metal fuel satisfied all safety design criteria and achieved the MA transmutation amount as high as 420 kg/GWe-y which is twice as high as that of the axially heterogeneous core with inner blanket and upper sodium plenum, and two-thirds of that of the accelerator-driven system.

論文

Revising the 4${it f}$ symmetry in CeCu$$_{2}$$Ge$$_{2}$$; Soft X-ray absorption and hard X-ray photoemission spectroscopy

荒谷 秀和*; 中谷 泰博*; 藤原 秀紀*; 川田 萌樹*; 金井 惟奈*; 山神 光平*; 藤岡 修平*; 濱本 諭*; 久我 健太郎*; 木須 孝幸*; et al.

Physical Review B, 98(12), p.121113_1 - 121113_6, 2018/09

AA2018-0352.pdf:1.16MB

 被引用回数:4 パーセンタイル:26.15(Materials Science, Multidisciplinary)

We present a detailed study on the $$4f$$ ground state symmetry of the pressure-induced superconductor CeCu$$_2$$Ge$$_2$$ probed by soft X-ray absorption and hard X-ray photoemission spectroscopy. The revised Ce $$4f$$ ground states are determined as $$|{Gamma_7}rangle=sqrt{0.45}|{J_{z}=pm frac{5}{2}}rangle - sqrt{0.55}|{mp frac{3}{2}}rangle$$ with $$Sigmamathchar`-{rm type}$$ in-plane rotational symmetry. This gives an in-plane magnetic moment consistent with the antiferromagnetic moment as reported in neutron measurements. Since the in-plane symmetry is the same as that for the superconductor CeCu$$_2$$Si$$_2$$, we propose that the charge distribution along the $$c$$-axis plays an essential role in driving the system into a superconducting phase.

論文

レーザー加工のシミュレーション

山田 知典; 山下 晋; 杉原 健太; 村松 壽晴

プラズマ・核融合学会誌, 89(7), p.500 - 506, 2013/08

レーザー加工プロセスには、時間,空間スケールの異なる多くの物理機構が存在するため、複雑さや計算の難しさから、十分に解明されているとは言い難い。本章では、こうしたレーザー加工時の複合物理現象の解明に向けて開発されてきたシミュレーションモデルを紹介する。さらに、筆者らが開発を行った数値シミュレーションコード(SPLICE)を用いたレーザー溶接・切断の数値シミュレーション結果と、放射光高輝度単色X線を用いた高精度実験やレーザーによる厚板鋼材切断試験の結果との比較対比を通じて得られた知見・課題等について紹介する。

論文

Numerical simulation of thermohydraulic characteristics of dross ejection process in laser steel cutting

杉原 健太; 中村 保之; 小川 剛充; 村松 壽晴

Proceedings of 20th International Conference on Nuclear Engineering and the ASME 2012 Power Conference (ICONE-20 & POWER 2012) (DVD-ROM), 7 Pages, 2012/07

厚板鋼材レーザー切断の適切化及び制御に向けて、多相の熱流体モデルに基づいた数値シミュレーションコードを開発し、アシストガスや加工ヘッド移動速度が切断性能に与える影響を調べた。切断フロント形状や温度分布を解析した結果以下の知見が得られた。アシストガス噴射によって溶融金属排出を促さなかった場合、レーザー光は溶融金属に吸収されてしまい固相表面に直接吸収されず板裏の温度上昇が遅れてしまう。ヘッドの移動速度が速すぎる場合には、加工ヘッド位置に対する熱伝導の遅れによって、切断開始位置の板裏に切り残しが生じるという実験結果を数値シミュレーションによって定性的に裏付けた。以上の結果から、切断溝の形成にはアシストガスによる溶融金属排出が厚板レーザー切断において非常に重要であるといえる。

論文

Suppression of high-cycle thermal fatigue at a mixing tee with a 90-degree bend upstream by changing its geometry

結城 和久*; 小原 啓*; 橋爪 秀利*; 田中 正暁; 村松 壽晴; 戸田 三朗*

Proceedings of 7th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics, Operation and Safety (NUTHOS-7) (CD-ROM), 21 Pages, 2008/10

上流に90度曲がり管(エルボ)を有するT字合流配管部で、PIV(粒子画像計測法)により速度場の計測と流体温度計測を実施した。実験パラメータはエルボ出口からT字合流部までの距離及びエルボの曲率半径である。実験により、曲率半径の大小(はく離の有無)に応じて、エルボとT字合流部との距離を適切に定めることで流体混合による高サイクル熱疲労の発生を緩和する手法を提案した。

論文

JAEA-ERLにおけるCSRスペクトルの観測

高橋 俊晴*; 峰原 英介; 羽島 良一; 西森 信行; 沢村 勝; 永井 良治; 菊澤 信宏; 飯島 北斗; 西谷 智博; 奥田 修一*

Proceedings of 3rd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 31st Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.523 - 525, 2006/00

エネルギー回収型ライナック(ERL)は、放射光リングに比べてバンチが短く、また既存のライナックよりも大電流を加速できるなど優れた特長を持ち、ほかの手法では実現できない大強度のコヒーレント放射光(CSR)を発生させることが可能であることから、テラヘルツ領域での新たな光源として期待されている。国内唯一のERLである原子力機構ERLでは、高強度テラヘルツCSRの本格利用を目指しており、本研究では昨年の報告時よりも安定したマシンの状態でのCSRスペクトルを改めて測定するとともに、大出力赤外FEL(発振波長20$$mu$$m)を発振させることによるCSRスペクトルの変化を観測した。

論文

原研エネルギー回収型ライナックにおけるコヒーレント放射光の観測

高橋 俊晴*; 峰原 英介; 羽島 良一; 沢村 勝; 永井 良治; 菊澤 信宏; 飯島 北斗; 西谷 智博; 奥田 修一*

Proceedings of 2nd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 30th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.498 - 500, 2005/07

原研エネルギー回収型リニアックからのコヒーレント放射光を観測した。周回軌道の第2アーク,2番偏向磁石からのシンクロトロン放射を真空外に取り出し、分光測定を行ったところ、コヒーレント放射光に対応する大強度放射がミリ波領域で観測された。

論文

Generation of coherent synchrotron radiation from JAERI-ERL

羽島 良一; 峰原 英介; 沢村 勝; 永井 良治; 菊澤 信宏; 飯島 北斗; 西谷 智博; 高橋 俊晴*; 奥田 修一*

Proceedings of 27th International Free Electron Laser Conference (FEL 2005) (CD-ROM), p.301 - 304, 2005/00

原研のエネルギー回収型リニアック(ERL)から発生するコヒーレント放射光の測定を行った。アンジュレータ下流の偏向磁石位置において発生するシンクロトロン放射光の測定を行ったところ、ミリ波領域において強い放射(コヒーレント効果)が確認できた。放射光のスペクトルは電子バンチの時間幅で説明できる。

報告書

高温ガス炉用炭素繊維強化炭素複合材料の開発

曽我部 敏明; 石原 正博; 馬場 信一; 小嶋 崇夫; 橘 幸男; 伊与久 達夫; 星屋 泰二; 平岡 利治*; 山地 雅俊*

JAERI-Research 2002-026, 22 Pages, 2002/11

JAERI-Research-2002-026.pdf:2.41MB

高温工学に関する先端的基礎研究のうち、高温ガス炉技術の高度化のための原子炉要素技術の研究開発として炭素繊維強化炭素複合材料(C/C複合材料)製制御棒被覆管の研究開発を進めている。また、実用化に反映可能となる物性予測,評価に関する基礎的な研究を「耐熱セラミックス複合材料の照射損傷機構に関する予備試験」の一環として進めている。本報告は、これまで行ってきたC/C複合材料に関する研究開発についてまとめたものである。開発に当たっては、材料特性,構造物の製作可能性,安定供給性,コストなどを考慮し、C/C複合材料の試作・検討により有望な材料を開発した。材料特性としては、引張強さや曲げ強さ等の機械的強度が高いこと、破断ひずみが大きくかつ靭性が高いこと、中性子照射に対して寸法変化が少なく安定性が高いこと等を考慮している。その結果、炭素繊維としてポリアクリロニトリル系の平織りクロス,マトリックス材としてピッチを用い、さらに耐照射損傷性を高めるための特別な熱処理及び原子炉級に不純物を除去する高純度化を施した2次元炭素繊維強化炭素複合材料(2D-C/C複合材料)を開発した。

論文

Structural studies of K$$_{2}$$O-B$$_{2}$$O$$_{3}$$ melts and glasses

梅咲 則正*; 喜多 善史*; 飯田 孝道*; 半田 克巳*; 小原 真司*; 鈴谷 賢太郎; 福永 俊晴*; 三沢 正勝*

Physics and Chemistry of Glasses, 41(5), p.304 - 308, 2000/10

アルカリボレート(K$$_{2}$$O 10, 30mol %-B$$_{2}$$O$$_{3}$$)ガラス及び融体の構造をパルス中性子回折で調べた。K$$_{2}$$Oの量が増加することによって、動径分布関数のB-O相関に関する最接距離のピークが長い距離側にふくらみはじめ非対称なピークへ変化することがわかった。これは、アルカリ酸化物K$$_{2}$$Oの添加によって、B$$_{2}$$O$$_{3}$$ガラスのユニット構造であるBO$$_{3}$$三角形の一部が、BO$$_{4}$$四面体へと、変化したことを意味している。また、アルカリ金属イオンK$$^{+}$$の局所構造を調べるため、KのK吸収端でのEXAFS測定を行った。その結果、K-Oの原子間距離は2.83~2.86Åであり、Oは、Kの周り八面体的に6配位していることがわかった。

論文

Structure of M$$_{2}$$O-B$$_{2}$$O$$_{3}$$ (M: Na and K) glasses and melts by neutron diffraction

半田 克巳*; 喜多 善史*; 小原 真司*; 鈴谷 賢太郎; 福永 俊晴*; 三沢 正勝*; 飯田 孝道*; 岩崎 博*; 梅咲 則正*

Journal of Physics and Chemistry of Solids, 60(8-9), p.1465 - 1471, 1999/00

 被引用回数:15 パーセンタイル:64.86(Chemistry, Multidisciplinary)

アルカリホウ酸ガラスM$$_{2}$$O-B$$_{2}$$O$$_{3}$$ (M: Na, K) 及び融体の構造をパルス中性子全散乱によって調べた。M$$_{2}$$Oの量(10~30mol%)が増加するにつれて、g(r)のB-Oに相当する第1ピークが非対称に分裂していくのが見いだされ、配位数N$$_{B-O}$$も3.0から3.5に変化した。これは明らかに、BO$$_{3}$$のユニットに対して新たにBO$$_{4}$$のユニットが生成したことを意味している。つまり、M$$_{2}$$Oの添加によって、B$$_{2}$$O$$_{3}$$ガラスのBO$$_{3}$$ユニットがBO$$_{4}$$に変化したと考えられる。こうした変化は、融体でも同様に観察された。また、EXAFSによって、添加イオンK$$^{+}$$の分布構造を調べたが、K-Oの原子間距離は2.83~2.86Åで、配位数N$$_{K-O}$$は、約6であることが明らかになった。

報告書

高速EWS環境における臨界・遮蔽計算コードの整備

増川 史洋; 高野 誠; 井上 修*; 原 俊治*

JAERI-M 93-024, 31 Pages, 1993/02

JAERI-M-93-024.pdf:0.84MB

最近のエンジニアリングワークステーション(EWS)の性能の向上は目覚しく、臨界・遮蔽解析コードを現実的な時間で実行することが可能である。本報では当研究室でよく使用される臨界・遮蔽解析コード、MAIL3,ANISN-JR,KENO-IV,ORIGEN2,CITATION,TWOTRAN,VIM,DORTを高速EWS SUN-4/2で使用可能なように移植・変換を行った際のノウハウをまとめるとともに、EWSで各コードを実行する際の使用手引きを示した。各コードの実行の際にI/Oアクセスファイルを容易に指定できるようにサブミットコマンドを作成した。

口頭

JAEA-ERLにおけるコヒーレント放射光の発生

羽島 良一; 高橋 俊晴*; 永井 良治; 沢村 勝; 菊澤 信宏; 西森 信行; 飯島 北斗; 西谷 智博; 奥田 修一*; 峰原 英介

no journal, , 

原子力機構エネルギー回収型リニアック(JAEA-ERL)におけるコヒーレント放射光発生実験の報告を行う。ERL周回軌道中の偏向磁石からのシンクロトロン放射光を分光測定した結果、コヒーレント成分を確認した。放射光のコヒーレント成分はミリ波領域にあり、電子バンチ長を5-10psのガウシアン分布と仮定した計算結果とよく一致した。

口頭

ファイバーレーザー照射微細貴金属粉溶接による鉄鋼材表面内部残留ひずみ分布測定

菖蒲 敬久; 岡澤 和洋; 村松 壽晴; 高瀬 和之; 月森 和之; 峰原 英介

no journal, , 

ナトリウム(Na)冷却高速増殖炉の実用化段階では、現行軽水炉と同等以上の保守・補修性の確保が電気事業者より求められている。特にNaと水とのバウンダリを形成する蒸気発生器の伝熱管については、従来の端栓措置に加え、プラント寿命中の健全性を担保することが可能な補修技術の確立が不可欠となる。そこで、本研究では、3次元微細加工が可能なファイバーレーザー照射による微細貴金属粉溶接技術を、実用化段階におけるNa冷却高速増殖炉に対する保守・補修技術として標準化することを目的として、鉄鋼材表面にレーザー溶融した試験片表面内部の残留ひずみ測定を実施した。その結果、レーザー溶融条件(レーザー操作方向,繰り返し数,操作速度)により内在する残留ひずみの量及び範囲に違いはあるが、表面では溶融部に引張、母材に圧縮ひずみが、内部では溶融部との境に強い引張ひずみが発生していることを明らかにした。

口頭

Internal distribution of residual stresses in fiber laser welded materials using a minute metal powder

菖蒲 敬久; 岡澤 和洋; 村松 壽晴; 高瀬 和之; 月森 和之; 峰原 英介*

no journal, , 

ナトリウム冷却高速増殖炉の実用化段階では、現行軽水炉と同等以上の保守・補修性の確保が求められている。特にNaと水とのバウンダリを形成する蒸気発生器の伝熱管については、プラント寿命中の健全性を確保する補修技術の確立が不可欠となる。その保守・補修技術として、われわれは3次元微細加工が可能なファイバーレーザー照射による微細貴金属粉溶接技術の標準化を目指している。そこで、本研究では本技術により材料中に内在する残留応力評価を行う。現在、S50Cに対してさまざまな条件で溶接した試験片を作成した。今後、表面の残留応力は実験室系X線で、内部残留応力分布はSPring-8の高エネルギー放射光X線でそれぞれ測定する予定である。

口頭

高耐食性ODS鋼のクリープ変形挙動

戸田 佳明*; 原 徹*; 阿部 冨士雄*; 木村 晃彦*; 笠田 竜太*; 井上 賢紀; 奥田 隆成*; 大貫 惣明*; 鵜飼 重治*; 藤澤 敏治*

no journal, , 

次世代原子力システム用の燃料被覆管には、耐食性や耐照射性のほかに、優れた高温クリープ強度が求められている。本研究では、優れた高温クリープ特性の向上を示した高耐食性ODS鋼のメカニズムを検討するため、各種ODS鋼の高温でのクリープ変形挙動を調査することを目的とする。提供されたFe-(15$$sim$$16)Cr-0.1Ti-4Al-0.35Y$$_{2}$$O$$_{3}$$鋼(No.1), 2%W添加鋼(No.9), No.1鋼粉末と9Cr-ODS鋼粉末あるいはAl無添加15Cr-ODS鋼粉末を均一混合したODS鋼材(No.H1とNo.H2)に対し、700$$^{circ}$$Cにおいてクリープ試験を行い、クリープ歪みを解析した。右図は700$$^{circ}$$C-80MPaにおける4種の供試鋼と比較のための9Crフェライト系耐熱鋼のクリープ速度一時間曲線を示す。高耐食性ODS鋼のうち、No.H2-ODS鋼の破断寿命が顕著に増大したが、最小クリープ速度での変形時間が短い。すなわち、高耐食性ODS鋼のクリープ寿命は、最小クリープ速度域を伸ばせば、さらに増大すると期待される。

口頭

原子炉構造材へのレーザ切断技術適用に向けた研究開発,2; レーザ切断時におけるアシストガスの流動特性評価

小川 剛充; 杉原 健太; 中村 保之; 村松 壽晴; 社本 英泰*

no journal, , 

アシストガス噴流ノズルの形状及びその内部表面仕上げにより変化する噴流乱流強度がノズル流出後の流動特性に及ぼす影響を評価する。レーザ切断時に溶融金属をアシストガス噴流によって効率よく除去するためには、アシストガス噴流の運動量拡散を抑制可能な噴流ノズル形状及びノズル内面で発生する乱流強度を抑制可能な表面仕上げの検討が重要である。

口頭

レーザー溶接中の溶融池内流動場の評価

山田 知典; 菖蒲 敬久; 山下 晋; 小川 剛充; 杉原 健太; 西村 昭彦; 村松 壽晴

no journal, , 

原子力施設をはじめ一般産業プラントに展開可能なレーザー溶接技術として、溶接後の残留応力の評価及び制御を目的とした研究を進めている。このためには、溶接中の加熱,溶融,対流,凝固,固相変態といった複雑な現象を定量評価する必要がある。このうちの対流現象は、大型放射光施設(SPring-8)からの高強度X線を利用した実験と、数値シミュレーションを相補的に利用して評価している。アルミニウム合金にレーザーをスポット照射した際には、溶融池内を移動するトレーサー粒子(タングステン)により、流れの可視化に成功した。さらに、実験において観察された溶融池内の流れは、計算でも再現できていることを確認した。実験及び数値シミュレーションを用いた溶融池内流動場の評価は、レーザー溶接複雑現象の定量化に非常に有効であり、今後はさらなる観察技術の向上,計算コードの開発を行う。

口頭

厚板金属のレーザ切断シミュレーション

杉原 健太; 小川 剛充; 中村 保之; 村松 壽晴

no journal, , 

厚板鋼材のレーザ切断制御に向けて、多相の熱流体モデルに基づいた数値シミュレーションコードを開発し、アシストガスや加工ヘッド移動速度が切断性能に与える影響を調べた。固・気・液界面形状と温度場の発達の様子を解析した結果、以下の知見を得た。アシストガスによって溶融金属排出を促さなかった場合、レーザ光は溶融金属に吸収・入熱されてしまい、固体表面への入熱を阻害してしまう。そのため固体金属には溶融金属を介して伝熱することになり、レーザ切断のメリットである高出力密度を十分に活用できてはいない。さらに、切断速度を過大に速めると切断深さが板の裏まで到達する前にレーザ加工ヘッドが進むことになり、凹面に溶融金属が滞留するために切断フロントの形成が遅れてしまう。以上よりレーザ切断による切断フロント形成にはアシストガスによる溶融金属排出が重要であることが数値シミュレーションにより裏付けられ、カーフ形成だけでなく固相表面への局所的な入熱効果を促すことが定性的に明らかになった。

口頭

レーザー溶接補修技術の標準化に向けた研究開発,8; レーザー溶接中の溶融池内流動場の特性評価

山田 知典; 山下 晋; 杉原 健太; 小川 剛充; 菖蒲 敬久; 村松 壽晴

no journal, , 

原子力機構では、原子力施設をはじめ一般産業プラントに展開可能なレーザー溶接技術の標準化を進めており、これまでに大型放射光施設(SPring-8)からの高輝度単色X線と溶融池内対流現象観察装置を利用して、直接観察することが難しいレーザー溶接中の溶融池内部の現象把握を行ってきた。本研究では、溶融池内を移動するトレーサー粒子の挙動を詳細に観察することで、各場所における流れの方向や速度を評価した。溶融池内現象の観察はSPring-8のビームラインBL19B2を使用した(研究課題番号: 2011B1975)。X線のエネルギーは30keVである。試験片はアルミニウム合金であり、試験片上部よりファイバーレーザーを集光照射し、試験片表面に塗布したトレーサー粒子の溶融池内過渡流動挙動を吸収コントラスト法により計測した。溶融池内部では、固液界面近傍では下降流が、中央部では上昇流が形成された。溶融池内部に気泡が発生した場合、上昇流や自身の浮力で浮上したが、レーザー照射時間の経過とともに気泡の数は増大し、凝固時に溶融池内部に取り残され溶接欠陥となった。したがって、溶接部の信頼性向上には気泡の抑制や、凝固速度の制御が非常に重要となることがわかった。

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