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報告書

「ふげん」燃料被覆管を用いた人工海水浸漬試験及び強度特性評価

山県 一郎; 林 長宏; 益子 真一*; 佐々木 新治; 井上 賢紀; 山下 真一郎; 前田 宏治

JAEA-Testing 2013-004, 23 Pages, 2013/11

JAEA-Testing-2013-004.pdf:8.59MB

東日本大震災に伴う東京電力福島第一原子力発電所の事故において、使用済燃料プールに保管されていた使用済燃料は、瓦礫の落下・混入や海水注入等、通常の運転時ではあり得ない環境に晒された。使用済燃料プール中の燃料集合体の健全性や、共用プール移送後の長期間保管における健全性の評価に資するため、新型転換炉「ふげん」にて使用されたジルカロイ-2燃料被覆管を用い、使用済燃料プールの模擬水として2倍に希釈した人工海水を用いた、液温80$$^{circ}$$C、浸漬時間約336時間の浸漬試験を実施した。得られた主な結果は以下の通りであり、本試験条件において照射済みジルカロイ-2燃料被覆管への人工海水浸漬による機械的特性への影響はなく、顕著な腐食も生じないことを確認した。(1)浸漬前後の試料表面の外観に明確な変化は見られず、試料外表面近傍の酸化層等においても明確な変化は見られず、浸漬試験による顕著な表面腐食の進行はない。(2)引張強さ及び破断伸びは浸漬前後で有意な変化はなく、浸漬試験による機械的特性へ有意な影響はない。(3)照射済み試料を遠隔操作で浸漬試験及び引張試験を行うための手法を確立した。

論文

Development of a YAG laser system for the edge Thomson scattering system in ITER

波多江 仰紀; 谷塚 英一; 林 利光; 吉田 英次*; 小野 武博; 草間 義紀

Review of Scientific Instruments, 83(10), p.10E344_1 - 10E344_3, 2012/10

 被引用回数:11 パーセンタイル:51.68(Instruments & Instrumentation)

ITERの周辺トムソン散乱計測装置で用いるYAGレーザー装置の開発の進展について発表する。ITERの計測要求を満たすためには、繰り返し100Hzで出力エネルギー5JのYAGレーザー装置が必要である。これを実現するために、レーザー発振器から出力されるビームを2分岐し、それぞれのビームを口径14mmのレーザーロッド4本で増幅するレーザーシステムを設計し、レーザー増幅器をはじめとする主要機器の製作と、組立てを行った。レーザー増幅器では、フラッシュランプによる強い励起によって、レーザー結晶内で発生するASEやフラッシュランプ光中のレーザー波長と同じ波長の光が増幅率を低下させる原因となるが、サマリウムを添加したガラスを用いたフローチューブで増幅器内のそれらの光を選択的に吸収させることによって、小信号利得が最大2.8倍向上することを明らかにした。結果として、2つのビームラインを同時運転することにより、ITERの要求性能を越える、100Hz,最大7.66Jのレーザー光を発射できるレーザー装置の開発に成功した。

論文

Decontamination experiment for floor of Fukushima Daiichi reactor building

金山 文彦; 林 長宏; 川妻 伸二

Proceedings of American Nuclear Society Embedded Topical on Decommissioning, Decontamination and Reutilization and Technology Expo (DD&R 2012) (DVD-ROM), p.14 - 15, 2012/06

2011年3月11日に発生した東北大地震により発生した津波により福島第一原子力発電所は壊滅的な状況となった。事故の復旧のため、原子炉建屋に入域し作業する必要があるが、内部は大量の放射性物質により汚染され、高線量となっている。そのことより、作業員の被ばくが多大となるため、作業員が建屋内に入っての作業が大きく制限されている。よって、建屋内部の線量を下げ、作業員の作業時間を確保するために、簡便な方法による除染方法を検討することとした。それを行うために、数種類の除染剤を用い、パラメータを変えることにより原子炉建屋床面を想定した除染試験を行った。その結果、除染剤としてクエン酸を用い、十分な接触時間を確保することで、簡便な手法ながら、大きな除染効果を期待できることがわかった。最適なクエン酸濃度については、表面の状況からの影響が大きいと考えられる。そのため、今後は床表面な詳細な調査及び、さまざまな床表面での金属イオンの環境における、さまざまな除染剤濃度におけるDFを調査することが重要となる。

論文

Development of prototype YAG laser amplifier for the edge Thomson scattering system in ITER

波多江 仰紀; 林 利光; 谷塚 英一; 梶田 信*; 吉田 英次*; 藤田 尚徳*; 中塚 正大*; 矢作 鎌一*; 信夫 克也*; 小野 武博; et al.

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.9, p.253 - 258, 2010/08

An edge Thomson scattering system for ITER is a diagnostic system which measures electron temperature and density at the peripheral region in the plasma (r/a $$>$$ 0.85). Required measurement ranges for the electron temperature and density are 50 eV $$<$$ T$$_{e}$$ $$<$$ 10 keV and 5$$times$$10$$^{18}$$ $$<$$ n$$_{e}$$ $$<$$ 3$$times$$10$$^{20}$$ m$$^{-3}$$, respectively. The spatial and the temporal resolutions are 5 mm and 10 ms, respectively. A high-energy (5 J) and high repetition-rate (100 Hz) Q-switch Nd:YAG laser system is necessary to satisfy measurement requirements above. We have been developing the YAG laser system for ITER. We have developed a prototype high-power laser amplifier. Since the laser efficiency of solid-state laser is low in generally ($$sim$$ 2%), heat removal from the amplifier is crucial. In the amplifier design, we carried out heat analysis to optimize the cooling design. To realize 5 J of output energy, more than 1.6 J of energy needs to be extracted from one laser rod. In the initial laser amplification test, the extracted energy was limited $$sim$$1.4 J by a lateral depumping effect. We have changed a cooling flow tube for the laser rod made by borosilicate glass to samarium-doped glass in order to deplete an infrared light emission. The Sm-doped flow tube was successfully suppressed the lateral depumping, and consequently the extracted energy reached up to 1.76 J. We have obtained a prospect of the real laser amplifier production from the results.

論文

Separation factor of americium from cerium in molten chloride-liquid gallium reductive extraction system

戸田 太郎*; 丸山 雄大*; 森谷 公一*; 森山 裕丈*; 林 博和

電気化学及び工業物理化学, 77(8), p.649 - 651, 2009/08

 被引用回数:7 パーセンタイル:18.65(Electrochemistry)

LiCl-KCl共晶溶融塩/液体ガリウム系(773K)におけるアメリシウムとセリウムの分配係数をZrCl$$_4$$を共存させて塩中の酸化物イオン濃度を制御しMO$$^{(n-2)+}$$イオンの生成を抑制した条件で測定した。得られた分配係数から得られたアメリシウム/セリウムの分離係数は約100であった。本実験結果を他の系の報告値及び理論的予想値と比較することによって、ガリウムを使用した系はビスマスやカドミウムを用いた還元抽出系よりもアメリシウム/セリウムの分離性能が大きいことを明らかにした。

論文

Thermodynamic properties of lanthanides and actinides for reductive ectraction of minor actinides

戸田 太郎*; 丸山 雄大*; 森谷 公一*; 森山 裕丈*; 林 博和

Journal of Nuclear Science and Technology, 46(1), p.18 - 25, 2009/01

 被引用回数:33 パーセンタイル:91.29(Nuclear Science & Technology)

乾式法によるマイナーアクチノイド(MA)の溶融塩/液体金属系における還元抽出工程の基礎データとなる溶融塩相及び液体金属相におけるランタノイド及びアクチノイドの過剰熱力学量について理論的な考察を行った。既に報告されているデータを解析した結果、各元素の過剰エンタルピーと過剰エントロピーは、溶融塩相では金属イオン周辺の配位構造に影響を与えるイオン半径のみの関数で表され、液体金属相では合金生成を考慮したMiedimaのモデルによって表されることがわかった。これらの関係を用いてこれまでに実験データが報告されていない系の過剰熱力学量を評価し、溶融塩/液体金属系におけるMAとランタノイドの分離係数を計算した。その結果、液体金属相としてビスマスやカドミウムを用いるよりもアルミニウムやガリウムを用いる系の方が高い分離係数が得られることを示した。

論文

Reductive extraction of minor actinides from molten chloride into liquid gallium

戸田 太郎*; 丸山 雄大*; 森谷 公一*; 森山 裕丈*; 林 博和

Proceedings of 2008 Joint Symposium on Molten Salts (USB Flash Drive), p.933 - 938, 2008/10

溶融塩と液体金属を溶媒として用いる還元抽出法はマイナーアクチノイド(MA)の分離回収に有効な方法であると考えられている。本研究では、優れたMA分離性能を示すことが期待されているガリウムを用いる系におけるMA/希土類分離性能を評価するため、773KにおけるLiCl-KCl/Ga系のAm及びCeの分配係数を測定した。系にZrCl$$_4$$を共存させることによってCeO$$^+$$イオン及びAmO$$^+$$イオン等の生成を防ぎ、酸化物イオンの影響を小さくすることができた。本研究で得られた酸化物イオンの影響が小さい場合のAmとCeの分離係数は約100であった。本実験結果を他の既報告値及び理論的予想値と比較することによって、AmとCeの分離係数はAl$$>$$Ga$$>$$Bi$$>$$Cdの順序であることを明らかにした。

口頭

ITER周辺トムソン散乱計測用YAGレーザーの開発

波多江 仰紀; 林 利光; 梶田 信*; 吉田 英次*; 藤田 尚徳*; 中塚 正大*; 矢作 鎌一*; 信夫 克也*; 小野 武博; 草間 義紀

no journal, , 

ITERの周辺トムソン散乱計測装置では、プローブ光として、波長1064nm,エネルギー5J,パルス幅10ns,繰り返し率100HzのYAGレーザーが必要である。高平均出力レーザーで特に問題となるのは、レーザーロッドの熱レンズ効果による出力制限,熱複屈折効果による偏光解消によるビーム品質の低下,多段配置の高利得増幅器による寄生発振である。これらの問題を解決するために液体フレオン系化合物を媒質とする誘導ブリルアン散乱位相共役鏡を利用したレーザーシステムを設計し、構成要素の試作と試験を開始した。LD励起の単一縦モードYAGレーザー発振器のビームは、シリンドリカルレンズ構成のビーム拡大器で楕円形にし、横2連セレーテッドアパーチャーで、ビーム分割とプロファイル整形後、各ビームは2台の増幅器に入る。増幅器を通過したビームは位相共役鏡で反射され、再度増幅器を通過し、ダブルパス増幅された後、各ビームは偏光器で取り出される。それぞれのビームは50Hz, 5Jで出力され、互い違いに出力することにより100Hz, 5Jを実現する。増幅器には直径14mm,長さ100mmのNd:YAGロッドが2本搭載される。それぞれのロッドは、2本のフラッシュランプで励起する。フラッシュランプに投入する電気エネルギーは、ロッド1本あたり100Jであり、50Hzで点灯させる。このような増幅器を試作し、性能試験を行った結果、ロッド1本から1.76J程度のエネルギーを引き出せ、要求性能を達成できる見通しを得た。

口頭

Progress in ITER diagnostics development in Japan

河野 康則; 近藤 貴; 石川 正男; 波多江 仰紀; 林 利光; 小野 武博; 小川 宏明; 杉江 達夫; 岩前 敦; 草間 義紀; et al.

no journal, , 

日本におけるITER計測装置の開発の進展を報告する。主な内容は以下の通り。(1)マイクロフィッションチェンバー:真空容器内に敷設する無機絶縁ケーブルに求められる最小曲げ半径は12cmであることから、曲げ試験を行い、曲げ半径10cmの場合でも性能が劣化しないことを確認した。(2)周辺トムソン散乱計:光源YAGレーザー増幅器のプロトタイプの開発に成功し、ITERの要求仕様を満足することを確認した。(3)ポロイダル偏光計:上部ポートプラグ内機器配置の設計検討及び真空容器内に設置する再帰反射ミラーの設計検討を進めた。(4)ダイバータ不純物モニター:ダイバータカセット内に設置するミラーボックス及びシャッターの機械設計を行った。(5)上部ポートプラグ:上部ポートプラグに発生する電磁力解析のためのメッシュモデリングを行った。また、熱間等方圧加圧加工(HIP処理)によるポートプラグ製作法を提案した。

口頭

Progress in ITER diagnostics development in Japan

河野 康則; 岩前 敦; 小川 宏明; 杉江 達夫; 波多江 仰紀; 谷塚 英一; 近藤 貴; 石川 正男; 佐藤 和義; 林 利光; et al.

no journal, , 

日本におけるITER計測装置の開発の進展に関して、ダイバータ不純物モニターについて得られた以下の成果を中心に報告する。(1)空間分解能の向上を目的として、従来の観測視線とは異なる方向からの観測視線の追加を検討し、コンピュータトモグラフィーを用いたモデル計算によりその効果を確認した。(2)大きな迷光の原因となることが懸念されているタングステン(ダイバータの材料)での反射について、タングステンの表面をサンドブラスト加工することで、観測波長域(紫外から可視)における反射率を加工前の約20%から約0.5%まで低減できることを示した。その他、マイクロフィッションチェンバー,周辺トムソン散乱計,ポロイダル偏光計及び計測ポートプラグに関する最近の開発状況について紹介する。

口頭

ITERポロイダル偏光計測装置の設計検討の進展

河野 康則; 石川 正男; 草間 義紀; 林 利光; 小野 武博; 海老澤 克之*; 若林 邦朗*; 清原 元輔*

no journal, , 

ITER計画において日本が調達するポロイダル偏光計測装置は、遠赤外レーザー光のファラデー回転角測定に基づき、プラズマ中心部における電流分布(安全係数分布)の計測を行う装置である。本講演では、原子力機構が進めている同装置の設計検討の進展について報告する。主な内容は以下の通り。(1)ポロイダル偏光計測装置用の上部及び水平計測ポートプラグには、プラズマ対向第一ミラー,第二ミラー,中性子遮蔽ブロック,真空窓等の機器を設置することとしており、空間的な制約を考慮しつつ、最適化レーザー視線(現在の設計例では15視線)に対応する機器配置案を作成した。この配置案をもとに、上部計測ポートプラグ内ミラーの核発熱量の評価を行い、ミラーの材質をモリブデンとした場合では、プラズマに近い第一ミラーの核発熱量として1-2 W/ccを得た。(2)真空容器内のブランケットモジュール及びダイバータカセットに設置するレーザー光折り返し用のレトロリフレクターの設計検討を行った。特に前者については、ブランケットモジュールのうち第一壁パネルに設置する設計とし、同パネルの交換時にあわせたメンテナンス及び交換を可能とした。

口頭

Progress in ITER diagnostics development in Japan

河野 康則; 近藤 貴; 石川 正男; 小川 宏明; 岩前 敦; 杉江 達夫; 佐藤 和義; 波多江 仰紀; 谷塚 英一; 林 利光; et al.

no journal, , 

日本におけるITER計測装置の開発の進展に関して、マイクロフィッションチェンバーについて得られた以下の成果を中心に報告する。(1)MIケーブルについて、ブランケットモジュールのギャップからの距離に対する核発熱量の変化をモンテカルロ中性子輸送計算により評価した。(2)前述の核発熱量及びMIケーブル表面からの輻射冷却効果を考慮して評価したMIケーブルの温度は、MIケーブルの使用可能温度領域内に留まることを確認した。その他、ダイバータ不純物モニター,周辺トムソン散乱計,ポロイダル偏光計及び計測ポートプラグに関する最近の開発状況について紹介する。

口頭

ITER計測装置開発の現状と計画

草間 義紀; 河野 康則; 杉江 達夫; 近藤 貴; 小川 宏明; 波多江 仰紀; 佐藤 和義; 鈴木 哲; 林 利光; 小野 武博; et al.

no journal, , 

ITERの計測装置は、2007年の設計レビューによる見直し、調達分担の再調整を経て、2009年6月のITER理事会において決定された。日本は、中性子束測定・核融合出力評価のためのマイクロフィッションチェンバー, プラズマ周辺部の電子温度・密度を測定する周辺トムソン散乱計測装置、プラズマコア部の電流密度・安全係数を評価するポロイダル偏光計、ダイバータ部の水素同位体と不純物を測定するダイバータ不純物モニター、ダイバータターゲットの温度・入熱を評価するダイバータ赤外サーモグラフィー、ダイバータ熱電対の6つの計測装置を調達する。原子力機構は、日本の国内機関として、これらの計測装置の開発を進めてきた。現在は、調達準備の最終段階として、機器の設計と試作試験を進めている。これらの活動の現状と今後の計画を述べる。

口頭

ITER周辺トムソン散乱計測装置のための高出力レーザーの開発

波多江 仰紀; 谷塚 英一; 林 利光; 梶田 信*; 吉田 英次*; 藤田 尚徳*; 中塚 正大*; 信夫 克也*; 矢作 鎌一*; 竹松 浩之*; et al.

no journal, , 

国際熱核融合実験炉ITERの周辺トムソン散乱計測装置の主要構成機器である高出力YAGレーザーの開発の現状について報告する。5mmの空間分解能と10msの時間分解能を達成するためには、高い出力エネルギー(5J)かつ高繰り返し(100Hz)のQスイッチNd:YAGレーザーが必要となる。この条件の下、レーザー装置の各光学機器の設計・製作を行い、原型レーザーの組み立てを完了した。組み立て後の初期性能試験では、100Hzの繰り返しで2Jのレーザーエネルギーを得た。しかし、寄生発振によりレーザーの高出力化が制限されることがわかった。増幅列に透過率約40%の減光フィルターを挿入したところ、寄生発振が抑制できることを確認した。そこで、寄生発振対策として高光強度で透明になる可飽和吸収体(Cr$$^{4+}$$:YAGセラミックス)を増幅列に設置して、寄生発振を抑制し、高出力化調整を行う予定である。

口頭

ITERポロイダル偏光計測装置の設計の現状

河野 康則; 石川 正男; 佐藤 和義; 草間 義紀; 林 利光; 小野 武博; 海老澤 克之*; 若林 邦朗*; 平松 美帆*; 清原 通雄*; et al.

no journal, , 

ITER計画において日本が調達するポロイダル偏光計測装置は、遠赤外レーザー光(波長:約118ミクロン)の偏光面ファラデー回転角測定に基づき、ITERのプラズマ中心部におけるプラズマ電流分布の計測を行う装置である。原子力機構ではポロイダル偏光計測装置の設計検討を進めており、本講演では、以下の成果について報告する。(1)現在の設計では、上部計測ポートプラグから6本、水平計測ポートプラグから9本のレーザー光をプラズマ中に入射することとしており、これに対応した各ポートプラグ内での機器配置案を作成した。(2)真空容器内の第一壁パネル及びダイバータカセットに設置するレトロリフレクター(レーザー光折り返し用の再帰反射ミラー)について、熱負荷条件を考慮に入れた設計案を作成した。

口頭

Progress in the design of the ITER poloidal polarimeter

河野 康則; 石川 正男; 佐藤 和義; 今澤 良太; 草間 義紀; 林 利光; 小野 武博; 海老澤 克之*; 若林 邦朗*; 平松 美帆*; et al.

no journal, , 

On the ITER project, Japan will procure the poloidal polarimeter for the measurement of plasma current profile at the core region of ITER plasmas. For the measurement, change in polarimetric properties of probing laser beams that pass through the plasma is detected. At this meeting, progress in the design of the poloidal polarimeter is presented including following key topics. (1) Arrangements of plasma-facing first-mirrors and second mirrors in the upper and the equatorial port plugs are investigated. An initial result from thermal analysis for the first mirror is also shown. (2) The design of the retro-reflector is updated with investigation of its practical procedures of fabrication and installation. The retro-reflectors are installed at the blanket modules and the divertor cassette to reflect back the probing laser beams to the diagnostic hall.

口頭

Present staatus of edge Thomson scattering system in ITER

波多江 仰紀; 谷塚 英一; 林 利光; 小野 武博; 草間 義紀

no journal, , 

Two topics from recent progress for the edge Thomson scattering system in ITER is presented: (1) Conceptual design of laser beam injection and collection optics, (2) Trial production of a high power YAG laser system. For the first topic, optical design of laser injection and collection optics has been carried out. One solution of optical configuration for laser injection and collection optics has been found, satisfying measurement requirements (spatial resolution $$<$$ 5 mm at ${it r/a}$ $$>$$ 0.85 with accuracy 10% for ${it T$_{e}$}$ and 5% for ${it n$_{e}$}$ at $$>$$ 3$$times$$10$$^{19}$$ m$$^{-3}$$). Regarding the second topic, the prototype YAG laser has been assembled and 2 J/100 Hz has been achieved as a first step.

口頭

ITER周辺トムソン散乱計測装置のための高出力レーザーの開発の進展

波多江 仰紀; 谷塚 英一; 林 利光; 吉田 英次*; 竹松 浩之*; 小野 武博; 草間 義紀; 藤田 尚徳*; 中塚 正大*

no journal, , 

(50eV $$<$$ ${it T$_{e}$}$ $$<$$10keV)と電子密度(5$$times$$10$$^{18}$$ m$$^{-3}$$ $$<$$ ${it n$_{e}$}$ $$<$$ 3$$times$$10$$^{20}$$ m$$^{-3}$$)の分布を測定することが要求されている。この要求を満たすために、周辺トムソン散乱計測装置の設計と構成要素の試作開発を進めている。本発表では、周辺トムソン散乱計測装置の主要構成機器である高出力YAGレーザーの開発状況について報告する。当該計測装置では、高い出力エネルギー(5J)かつ高い繰り返し(100Hz)のQスイッチNd:YAGレーザーが必要となる。このレーザー装置の開発のため、構成機器の設計・製作を行い、組み立てを完了した。組み立て後の初期調整では、100Hzの繰り返しで、エネルギー2Jを得た。初期調整でわかった課題は、寄生発振によりレーザーの高出力化が制限されることである。増幅列に透過率約40%のNDフィルターを挿入したところ、最大励起でも寄生発振が確認されなかったため、可飽和吸収体を利用し寄生発振を抑制する計画である。また、寄生発振抑制の補助対策として、イメージリレー用真空セル内へのアパーチャーの設置、1064nmの光を吸収するフラッシュランプ用Sm添加フローチューブの設置、さらに、イメージリレー光学系の最適化によるビームプロファイルの改善も行い、これらの対策により、最終目標である5Jの出力を目指して高出力化調整を進めている。

口頭

Development of a prototype YAG laser amplifier for the edge Thomson scattering system in ITER

波多江 仰紀; 林 利光; 谷塚 英一; 吉田 英次*; 藤田 尚徳*; 中塚 正大*; 小野 武博; 草間 義紀

no journal, , 

Design of a high average power Nd:YAG laser system and a prototype laser amplifier for the edge Thomson scattering system in ITER was conducted. The target performance is 5 J of output energy and a repetition rate of 100 Hz for the laser system, and 1.6 J of extracted energy for the prototype amplifier. A prototype amplifier was produced, after which the small signal gain and extracted energy reached up to 12.6 and 1.76 J, respectively.

口頭

「常陽」にて照射されたオーステナイト系ステンレス鋼の磁気特性変化

林 長宏; 高屋 茂; 永江 勇二; 今野 将太郎; 山県 一郎

no journal, , 

原子力プラントの経年評価や健全性確保のためには、構造材料の熱時効効果及び照射損傷等による材料損傷を非破壊で把握し、管理することが望ましい。これまでに、磁気特性が非破壊で測定できること及び微細組織や局所的な化学組成等の変化に敏感であることに着目して、着磁後に材料表面から漏えいする磁束密度による材料損傷評価の可能性を示した。ただし、従来法では、試験片を大きな磁石で挟んで試験片全体を着磁していたために、試験片端部からの磁束の影響を受けやすいこと及び実機への適用性等の課題があった。そこで、小型の磁石を試験片の片側表面に接触させ局所的に着磁する方法(点状着磁法)を開発し、本試験で初めて、高速炉の構造材料であるオーステナイト系ステンレス鋼の照射試験片に適用した。結果、弾き出し損傷量の増加に伴って漏えい磁束密度が大きくなる傾向が見られた。また、漏えい磁束密度の照射温度への依存性も観察された。以上より、オーステナイト系ステンレス鋼については、点状着磁法を適用した漏えい磁束密度測定による照射損傷評価の可能性が示された。

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