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論文

Ultralow-energy magnon anomaly in yttrium iron garnet

社本 真一; 安井 幸夫*; 松浦 直人*; 赤津 光洋*; 小林 義明*; 根本 祐一*; 家田 淳一

Physical Review Research (Internet), 2(3), p.033235_1 - 033235_6, 2020/08

イットリウム鉄ガーネット結晶の超低エネルギーマグノンを、非弾性中性子散乱によって45$$mu$$eV以下のエネルギー範囲で調べたところ、[111]方向に約0.1Tの磁場が印加した場合に、10Kで超低エネルギーのマグノン異常を発見した。

論文

日本原子力研究開発機構における研究開発の現状

田島 保英; 家田 芳明

電気評論, 99(2), p.46 - 61, 2014/02

日本原子力研究開発機構(原子力機構)は、原子力による新しい科学技術や産業の創出を目指して基礎研究から応用研究に至るまで幅広い研究開発を行い、我が国唯一の原子力に関する総合的な研究機関として、原子力研究の中核的役割を担うとともに、東京電力福島第一原子力発電所事故からの復旧・復興に向けた取り組み、核燃料サイクル技術の確立を目指した研究開発、原子力安全研究、核融合研究開発等を重点的に実施すべき業務として進めてきた。本報では、原子力機構における平成25年度の研究開発の主な成果を中心に、現状と今後の動向を紹介する。

論文

日本原子力研究開発機構における研究開発の現状

田島 保英; 三浦 幸俊; 家田 芳明

電気評論, 98(2), p.45 - 60, 2013/02

日本原子力研究開発機構(原子力機構)は、発足から8年目を迎え、第2期中期目標期間の半ばを迎えたところである。原子力機構はこれまで、核燃料サイクル技術の確立をはじめとする原子力エネルギー研究開発に加え、原子力による新しい科学技術や産業の創出を目指して基礎研究から応用研究に至るまで幅広い研究開発を行い、我が国唯一の原子力に関する総合的な研究開発機関としての役割を果たすための研究開発を推進してきた。本稿では、原子力機構における平成24年度の研究開発の主な成果を中心に、現状と動向を紹介する。

論文

Current status of SFR development in Japan

家田 芳明; 近澤 佳隆; 小竹 庄司*

ATW; International Journal for Nuclear Power, 57(3), p.163 - 168, 2012/03

日本における高速炉開発の経験と現状が要約されている。実施中のFaCTプロジェクトは高速炉サイクルを2050年頃に実用化する計画であり、文部科学省, 経済産業省, 電力, メーカーと原子力機構の共同で推進されている。FaCTフェーズ1の成果として、JSFRのキー技術の成立性が確認されたが、東北沖で発生した大地震の影響で、フェーズ2の開始を待つ状態にある。日本の原子力研究開発政策は、東北沖地震と津波の影響を受けるかもしれないが、原子力エネルギーの重要性は変わりない。ここでは、東電福島第一原子力発電所事故から学んだ教訓、もんじゅの安全性向上への反映、次世代高速炉システムの安全設計基準への反映に焦点を当てて述べる。

論文

Overview of Fast Reactor Cycle System Technology Development Project (FaCT) phase 1 and future direction

家田 芳明; 小野 清; 根岸 仁; 塩谷 洋樹; 長沖 吉弘; 難波 隆司

Proceedings of International Conference on Toward and Over the Fukushima Daiichi Accident (GLOBAL 2011) (CD-ROM), 9 Pages, 2011/12

日本原子力研究開発機構は、電気事業者,電力中央研究所,メーカ各社の参画を得て、1999年7月から高速増殖炉サイクルの実用化像を構築するとともに、その技術体系を確立することを目的とした高速増殖炉サイクルの実用化に向けた研究開発を進めている。FaCTのフェーズI(2006-2010年度)では、それ以前のFSで選択した主概念「ナトリウム冷却炉(酸化物燃料),先進湿式法再処理及び簡素化ペレット法燃料製造の組合せ」を対象に、現時点での革新技術の採否判断と原子力委員会が定めた性能目標への達成度の評価を実施した。フェーズIはおおむね順調に進み、技術的には革新技術を工学規模試験により実証する次のフェーズ(FaCTフェーズII)に入ることができる段階にまで達したことを確認した。本ペーパーは、改めて高速増殖炉サイクル開発の意義に触れ、FaCTフェーズIの研究開発成果の概要を中心に述べるとともに、今後の研究開発の方向性をまとめたものである。

論文

Current status of SFR development in Japan

家田 芳明; 近澤 佳隆; 小竹 庄司*

Proceedings of Jahrestagung Kerntechnik Annual Meeting on Nuclear Technology 2011 (DVD-ROM), 11 Pages, 2011/05

国際的な高速炉開発が停滞するなか、われわれは研究開発を継続してきた。その結果、開発目標を満足し得る日本の実用高速炉概念(JSFR)を提示した。もんじゅは2010年5月に運転再開を果たし、40%プラント出力試験を目指して炉内中継装置を回収する予定である。FaCTプロジェクトは、国・電力・メーカと原子力機構が協力し、高速炉サイクルの2050年頃からの実用化を目指して進められている。フェーズIでJSFRの枢要技術の評価を完了し、現在はフェーズIIへの移行を待っている状況である。しかし、原子力の必要性は変わらない。今後の原子力開発において、福島第一原子力発電所事故に学び、その経験を次世代の高速炉システムの安全設計クライテリアに反映する。

論文

Promising Fast Reactor Systems in the Feasibility Study on Commercialized FR Cycle Systems

阪本 善彦; 阪本 善彦; 江沼 康弘; 安藤 将人; 西川 覚; 小竹 庄司; 家田 芳明

第14回 環太平洋原子力会議(2004年3月21日$$sim$$25日), 0 Pages, 2003/00

FBRサイクル実用化戦略調査研究の一環として、ナトリウム冷却炉、鉛ビスマス冷却炉、ヘリウムガス冷却炉、水冷却炉の各候補概念について、開発目標に照らした技術評価を行った。また、各候補概念について、実用化のために必要となる研究開発課題をまとめ、その概要をロードマップとして示した。

論文

高速増殖炉サイクルの実用化戦略調査研究フェーズIIの2002年度成果

根岸 仁; 佐賀山 豊; 佐藤 和二郎; 前田 二三男; 中井 良大; 家田 芳明

サイクル機構技報, (20), 0 Pages, 2003/00

FBRサイクル実用化戦略調査研究のフェーズ112年目の2002年度は、主要技術の成立性見通し及び候補概念の明確化に必要な定量的なデータ取得のための要素技術開発に着目した。FBRシステムについてはNa炉及び鉛ビスマス炉では、100GWd/t程度を達成できる見通しを得た。また、燃料サイクルシステムでは、システムの詳細設計を進めるとともに、技術選択の上で重要な鍵を握る簡素化溶媒抽出法や簡素化ペレット法の技術的成立性の見通しを得た。

論文

Current Status of R&D for the Advanced Sodium-Cooled FR in the Feasibility Study on Commercialized FR Cycle Systems

嶋田 雅樹; 家田 芳明; 此村 守; 島川 佳郎

環太平洋原子力会議, 0 Pages, 2002/00

実用化戦略調査研究の全体概要を紹介するとともに、ナトリウム冷却炉について、これまでの検討状況及びフェーズ11での研究開発計画等について概要を紹介する。

報告書

Benchmark exercise for multi-dimensional thermohydraulic analysis codes; Buoyancy driven penetration flow phenomena and thermal stratification

上出 英樹; 家田 芳明; 小林 順; 二ノ方 壽

PNC TN9410 96-076, 72 Pages, 1996/03

PNC-TN9410-96-076.pdf:1.67MB

高速炉の熱流動の分野においてベンチマーク実験を行ない、これに対する多次元熱流動解析コードの国際ベンチマークを実施した。合計12種類の熱流動解析手法が、浮力による潜り込み現象並びに温度成層化現象を対象とするベンチマークに適用された。解析手法として有限差分法、有限要素法、及びその乱流モデル、対流項の高次差分解法の現象に対する適用性を検討した、有限差分法では乱流モデルと高次差分法を組み合わせた手法が高い適用性を示した。また、有限要素法についても乱流モデルの重要性が明かとなった。解析手法の検討を通して潜り込み現象、温度成層化現象を解析する上で、低乱流状態で浮力の影響を受ける混合対流条件下の流れに対する乱流モデルの開発が重要であることが示された。なお、本ベンチマークは国際水理学会(IAHR)の第7回新型炉熱流動ワーキンググループの会合(1992年8月、於ドイツ、カールスルーエ)のために準備したものである。

報告書

FBR安全性炉内試験計画(SERAH計画)の検討

丹羽 元; 川太 徳夫; 家田 芳明; 佐藤 一憲; 大野 修司; 宇都 成昭; 宮原 信哉; 近藤 悟; 上出 英樹; 山口 彰; et al.

PNC TN9410 94-154, 317 Pages, 1995/03

PNC-TN9410-94-154.pdf:13.66MB

FBR安全性炉内試験計画(SERAPH計画)の検討は昭和62年後半から開始され、既に、その必要性、及び施設概念の検討結果に関して、原子力安全委員会、FBR安全研究専門委員会などへの報告を通して、内外の専門家から多くの意見や提案を得ている。これらの意見を踏まえて、これまでに、以下のような観点で試験の必要性及び施設概念の検討を行った。(1) SERAPH計画とその他の安全研究を全体的に統合することによって、SERAPH計画がFBRの実用化に対して果たし得る貢献の明確化を図る。(2)炉心損傷防止や影響緩和に関するサクセスシナリオを実証することによって実用化を促進するような安全研究の課題のうち、SERAPH計画に取り込むべきテーマを幅広く検討する。(3)個々の試験の内容や試験施設の仕様の妥当性、十分性を検討する。(4) SERAPH施設の成立性に係わる主要な要素技術について、それぞれが整合性を持つような概念を検討する。(5)各要素技術について、それぞれの性能向上を図ることにより、試験の要求条件を技術的に成立させる上での裕度を確保する一方、それらの性能を保証するための基礎的な研究の計画を具体化する。これまでの検討から、以下の結論が得られた。FBRの実用化段階において高水準の安全性を達成するために求められる安全確保の考え方と目標の設定を行った。その達成に必要な安全研究課題を摘出し、その研究手段のひとつとしてSERAPH計画を位置づけた。受動的安全特性を活用した炉心損傷への拡大防止,炉心損傷の早期終息、再臨界の排除等に重点を置いて幅広く試験の必要性の検討を行い、従来の検討成果を含め、全体的試験計画の形にまとめた。これらの試験研究、及び関連して進められるR&Dなどから取得される知見を総合すれば、上で述べた実用炉における安全性の目標が達成できるものと期待できるが、その達成のためには、特に、本計画で提案した炉内試験計画の推進が不可欠である。施設検討においては、概念設計研究を通じて駆動炉心構成を改良することにより、各要素技術の整合性を考慮したリファレンス炉心の概念が得られた。提案された各試験テーマについて、それぞれの要求条件に対する充足度の評価を行い、施設概念の基本的成立性の見通しを得た。性能保証のための基盤技術開発の端緒として、燃料ペレットの試作を行い、その製造可能性について目途が得られた。

報告書

炉心-プレナム相互作用に関する水流動試験,2; 潜り込み深さの支配パラメータ評価

小林 順; 大島 宏之; 上出 英樹; 家田 芳明

PNC TN9410 94-277, 81 Pages, 1994/09

PNC-TN9410-94-277.pdf:2.6MB

高速炉の崩壊熱除去系に浸漬型補助冷却器(DIRECT REACTOR AUXILIARY COOLING SYSTEM:DRACS)を用いる場合、ホットプレナム内に浸漬された熱交換器によって冷却された冷却材がブランケット燃料集合体の出口部に到達し、集合体内に潜り込むことがある。この現象を炉心-プレナム相互作用と呼ぶが、炉心集合体の温度分布や本来の冷却材流れに影響を与える可能性があるため、炉心の冷却性という観点からもその解明が重要である。本研究の目的は、水流動試験によってこの炉心-プレナム相互作用現象を把握するとともに支配パラメータを導出することである。試験部は、ホットプレナム、熱交換器、炉心集合体の低出力部を模擬した、平板プレナム、冷却壁及び垂直にプレナムに接続する矩形チャンネルからなる。矩形チャンネル内に発生する潜り込み現象は、超音波流速分布測定装置(ULTRASONIC VELOCITY PROFILE MONITORVP)およびT-タイプ熱電対を使用した流速場温度場同時計測によって把握した。実験パラメータは入口流体温度及び流量である。試験結果及び考察より以下の結果を得た。(1)チャンネル内温度プロファイルの時間変化は流速のプロファイルのそれとよく一致した。これより温度データによって求めた潜り込み深さは流速データによって求めたものと一致することを確認した。(2)潜り込み深さを決定する因子は浮力、慣性力、熱伝導およびエントレインメント効果と考えられる。次元解析によって潜り込み深さの支配パラメータとしてGR/RE3及びPR数を導出した。すなわち、潜り込み深さzは以下のように表現できる。z=f(Gr/Re3,Pr)本試験体系での潜り込み深さは以下のように整理できる(但し、Pr数は一定)。z〔m〕=220(Gr/Re3)

報告書

SERAPHに期待される役割に関する検討; 実用化先導研究テーマに関する検討,1

丹羽 元; 家田 芳明

PNC TN9410 93-297, 82 Pages, 1993/11

PNC-TN9410-93-297.pdf:3.73MB

本報告は、SERAPHに期待される役割を明確化するためにFBR安全研究専門委員会小委員会にて平成5年度上期に検討した結果を中間的に報告するものである。本小委員会では以下の方法により検討を行った。実用化時代の高速炉は従来型のNa冷却MOX大型炉から更に改良されたものとなることを踏まえて、そこで採用される可能性のある種々の安全性向上方策、設計オプションに関する研究テーマを新規の提案も含めて提示し、委員からの追加提案も加えてそれらの有効性、技術的成立性に関して小委員会委員に対してアンケート調査を実施した。アンケート結果、及び小委員会での議論を踏まえて、SERAPHを含む長期的な安全研究によって達成すべき目標としてリスク低減を指標として選択した。さらにリスク支配事象であるCDAにおける主要な現象(例えば再臨界)に対する防止、緩和方策を強化するとの観点から分析と評価を行った。それらの研究テーマに関して、新規の炉による炉内試験、実炉試験の必要性について検討を行い、以上に基づいて新規テーマをSERAPHに期待される役割として抽出した。本年度下期では、専門委員会におけるコメントを反映して検討を継続し、検討結果をまとめた上で、本年度の専門委員会において最終的に報告する予定である。

報告書

大型FBRにおける原子炉容器上部プレナムガス巻込み防止の検討; 部分ディッププレートの検討

村松 壽晴; 村田 正幸*; 家田 芳明; 山口 彰; 永田 敬; 菅原 悟

PNC TN9410 91-318, 48 Pages, 1991/10

PNC-TN9410-91-318.pdf:1.83MB

大洗工学センター技術開発部プラント工学室で設計研究が進められている大型炉について、液面近傍流速を効果的に低減させ得る原子炉構造を得ること(カバーガス巻き込み防止の観点)を目的として、単相多次元熱流動解析コードAQUAを用いて検討を行った。具体的には、液面近傍に部分的に設置するディッププレート(部分ディッププレート)を対象とし、その設置条件(深さおよび幅)を変化させてその効果を明らかにした。得られた結果は、次の通りである。1)今回解析をい行った部分ディッププレート設置条件では、その深さを0.75m、その幅を1.905mとした場合に、最も液面近傍流速が低減できることが示された。この条件での値は、約0.33m/sであり、もんじゅでの値にほぼ等しい。2)温度成層化現象の発生の程度では、もんじゅ条件を上回る445度C/mの値が計算された。部分ディッププレート設備を採用する際には、温度成層化現象を積極的に解消させるための設備対応が必要となる。3)系統熱過渡特性では、もんじゅ条件(最大-0.28$$^{circ}$$C/s)を若干上回る最大-0.51$$^{circ}$$C/sの値が計算された。4)周方向温度分布特性に関しては、最大約67$$^{circ}$$C/mの値が計算された。この値は、ディッププレートを設置しない場合の約5倍の値に相当する。

報告書

自然循環崩壊熱除去時の高速炉システム内熱流動現象に関する相似側の検討

家田 芳明; 上出 英樹; 大島 宏之

PNC TN9410 91-186, 52 Pages, 1991/06

PNC-TN9410-91-186.pdf:1.47MB

自然循環崩壊熱除去時の高速炉システム内熱流動現象に関する相似則について検討を行った。基礎方程式を無次元化することによって相似条件を導出した。その相似条件に基づき、実験体系に対する要求事項を摘出した。また、ナトリウム試験と水試験の役割分担について検討した。強制循環状態から自然循環状態に至るまでのプラント動特性については、次のような分担が望ましい。1)水試験・1次系内の熱流動現象のみに限定した試験とする。・プレナムの熱流動現象を重視し、1/20縮尺程度のモデル及びさらに大きなスケールのモデルの試験を実施し、相互比較することが望ましい。・炉心については、温度拡散率の大きな材質を主体として構成された発熱部とし、発熱体での発熱量ができるだけ直接的に作動的に伝わるように工夫する必要がある。・熱交換器についても伝熱管は温度拡散率の大きな材質で構成し、1次系の熱媒体についても工夫を要する。2)ナトリウム試験・炉心からヒートシンク(崩壊熱除去系空気冷却器及び主中間熱交換器)までを模擬する。・プレナムでの温度分布の一巡自然循環特性への影響よりも、系統間結合効果を重視する。・1/4縮尺以上の相似形状モデルとするか、高さ方向のみ実寸大で径方向にはスケールの小さいモデルとする。・1/4縮尺の相似形状モデルとした場合について、相似形状モデルとした場合について、相似条件からのズレを概算しったところ、レイノルズ数及びペクレ数は実機の1/10程度になるが、その他の無次元数については、ほぼ実機と近い値にできることが示された。

論文

高速増殖炉サイクルの実用化戦略調査研究フェーズIIの2001年度成果

根岸 仁; 野田 宏; 山下 英俊; 前田 二三男; 佐藤 和二郎; 家田 芳明

サイクル機構技報, (16), , 

FBRサイクル実用化戦力調査研究のフェーズ11初年度の2001年度の成果についてまとめた。フェーズ1の成果とフェーズ11の計画について研究開発課題評価委員会で慨ね妥当との評価を受けた。また、フェーズ1で抽出したFBRシステム及び燃料サイクルシステムの候補概念について、革新的技術を取り入れた設計研究を進めるとともに、主要技術の成立性見直し及び候補概念の絞り込みに必要な定量的なデータ取得のための要素技術開発に着手した。

口頭

Development of 0.1-Hz repetition driver laser for the TCE X-ray lasers

越智 義浩; 長谷川 登; 河内 哲哉; 永島 圭介; 岸本 牧; 田中 桃子; 錦野 将元; 助川 鋼太; 山谷 寛; 國枝 雄一; et al.

no journal, , 

日本原子力研究開発機構においてTCE-X線レーザーを励起するための繰り返し頻度0.1Hzで動作する新たなドライバレーザーを開発した。レーザーはフラッシュランプ励起のジグザグスラブ型Nd/ガラス増幅器を主増幅器としたCPAレーザーである。出力パルスは7J/1.6psのメインパルスとその1.2ns前に1/8の強度のプリパルスで構成され、幅20$$mu$$m,長さ0.8cmに線集光される。0.1Hz運転時のエネルギー変動はRMSで20%程度であった。このレーザーを用いて、ニッケル様銀レーザー(波長13.9nm)の発振実験を行い、出力エネルギー$$>$$1$$mu$$Jで飽和増幅に達していることを確認した。またビーム発散角は約3mradであった。これらから導かれるピーク輝度は$$>$$10$$^{27}$$photons/s/mm$$^{2}$$/mrad2/0.1%BWとなり、非常に高輝度なコヒーレントX線源である。この高輝度コヒーレントX線が0.1Hzで発生するとさまざまな利用研究に対して非常に有力な光源となる。

口頭

Recent progress in X-ray laser research in JAEA

河内 哲哉; 岸本 牧; 加道 雅孝; 田中 桃子; 長谷川 登; 越智 義浩; 錦野 将元; 石野 雅彦; 今園 孝志; 國枝 雄一; et al.

no journal, , 

原子力機構では、波長13.9nmのニッケル様銀レーザーを用いて、物質科学,高密度プラズマ診断,X線によるアブレーション物理,シングルショットホログラフィー、そして原子分子物理等への応用研究の展開を図っている。また、0.1Hzで動作する高繰返しドライバーレーザーの導入により、多数のショットを必要とする応用研究への展開も可能となっており、その利用を目的としたX線干渉計用ビームラインを建設している。X線レーザーの短波長化に関しては、最近、レーザー加速により加速された電子と種光を衝突させることで短波長コヒーレント光が発生することの原理実証に成功した。また、インコヒーレントX線励起による水の窓領域のX線レーザーの発生方法についても理論シミュレーションによる研究を行っている。本招待講演ではこれらの最新の研究成果について報告する。

口頭

高速増殖炉サイクル実用化研究開発(FaCTプロジェクト)の現状について

家田 芳明

no journal, , 

高速増殖炉サイクル実用化研究開発(FaCTプロジェクト)の現状として、研究開発計画,開発目標,FaCTプロジェクトを取り巻く情勢(研究開発体制,国際協力など)及び研究開発の進捗状況(炉システム及び燃料サイクルシステム)について紹介する。

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