CFD analysis of natural circulation in LBE-cooled accelerator-driven system

菅原 隆徳; 渡辺 奈央; 小野 綾子; 西原 健司; 市原 京子*; 半澤 光平*

Proceedings of 19th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-19) (Internet), 10 Pages, 2022/03

JAEAでは、LBE冷却型加速器駆動システム(ADS)の研究開発を行っている。ADSは既存の臨界炉に比べて安全性が高いと考えられているが、除熱源喪失事象が生じた場合、炉心の破損の可能性が考えられる。これを回避するためDRACS(直接炉心補助冷却システム)を備えているが、その機器信頼性と流量確保が重要となる。本研究では、CFD解析によりADS炉容器内の自然循環時の流れを解析し、DRACS熱交換器位置において十分な流量が確保されるかを検討した。解析の結果、定格運転時の約4.3%の流量が確保され、崩壊熱が適切に除去されることを確認した。また、炉容器内のLBE流れを整えるために設けられている内筒の有無が、自然循環時にどのような影響を与えるかについても検討を行った。

Fast neutron detection under intense -ray fields with novel nuclear emulsion technique

石原 康平*; 高木 恵輔*; 湊 春奈*; 河原林 順*; 富田 英生*; 前田 茂貴; 中 竜大*; 森島 邦博*; 中野 敏行*; 中村 光廣*; et al.

Radiation Measurements, 55, p.79 - 82, 2013/08

https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2012.10.019

原子核乾板を用いた高線下での中性子測定に向け、新規に開発を進めている原子核乾板について線に対する乾板応答シミュレーション結果と実験結果との比較により、潜像が現像されるには付与エネルギーに閾値が存在する可能性が示唆され、線に対する感度を低減するためにAgBr結晶粒径微細化が有用であることがわかった。新型乾板の中性子と線の感度を比較し、/n比8桁で測定できる可能性を得た。

Identified charged hadron production in collisions at = 200 and 62.4 GeV

Adare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; 秋葉 康之*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; 青木 和也*; Aphecetche, L.*; Armendariz, R.*; et al.

Physical Review C, 83(6), p.064903_1 - 064903_29, 2011/06

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.83.064903

200GeVと62.4GeVでの陽子陽子の中心衝突からのの横運動量分布及び収量をRHICのPHENIX実験によって測定した。それぞれエネルギーでの逆スロープパラメーター、平均横運動量及び単位rapidityあたりの収量を求め、異なるエネルギーでの他の測定結果と比較する。またやスケーリングのようなスケーリングについて示して陽子陽子衝突における粒子生成メカニズムについて議論する。さらに測定したスペクトルを二次の摂動QCDの計算と比較する。

Neutronics design of accelerator-driven system for power flattening and beam current reduction

西原 健司; 岩永 宏平*; 辻本 和文; 倉田 有司; 大井川 宏之; 岩崎 智彦*

Journal of Nuclear Science and Technology, 45(8), p.812 - 822, 2008/08

https://doi.org/10.3327/jnst.45.812

本研究では、鉛ビスマス溶融金属冷却加速器駆動炉(ADS)の核設計において、出力ピークとビーム電流の低減を目的とした幾つかの設計手法を検討し、被覆管とビーム窓温度の低減効果を評価した。用いた設計手法は、希釈材割合のサイクルごとの調整,ピン径と希釈材割合についての炉心多領域化、そして、ビーム窓位置と中央集合体高さの調節である。検討の結果、希釈材割合のサイクルごとの調整,希釈材割合についての多領域化、そして、ビーム窓位置調整を組合せることで、被覆管とビーム窓温度低減の観点からADSの核設計を最適化できることがわかった。被覆管表面温度とビーム窓表面温度を、それぞれ、91Cと38C低下させることができ、これにより、鉛ビスマスによる材料腐食の影響を大幅に緩和できる。

Plasma physics and radiation hydrodynamics in developing an extreme ultraviolet light source for lithography

西原 功修*; 砂原 淳*; 佐々木 明; 沼波 政倫*; 田沼 肇*; 藤岡 慎介*; 島田 義則*; 藤間 一美*; 古河 裕之*; 加藤 隆子*; et al.

Physics of Plasmas, 15(5), p.056708_1 - 056708_11, 2008/00

https://doi.org/10.1063/1.2907154

Extreme ultraviolet (EUV) radiation from laser-produced plasma (LPP) has been thoroughly studied for application in mass-production of the next generation semiconductor devices. One critical issue for realization of a LPP-EUV light source for lithography is the conversion efficiency (CE) from incident laser power to EUV radiation of 13.5 nm wavelength (within 2% bandwidth). Another is solving a problem of damage caused by debris reaching a EUV collecting mirror. We here present an improved power balance model, which can be used for the optimization of laser and target conditions to obtain high CE. An integrated numerical simulation code has been developed for target design. The code is shown to agree well with experimental results not only for the CE but also for detailed EUV spectral structure. We propose a two pulse irradiation scheme for high CE and reduced ion debris using a carbon dioxides laser and a droplet or punch-out target.

加速器駆動炉の出力分布平坦化のための核設計

岩永 宏平; 西原 健司; 辻本 和文; 倉田 有司; 大井川 宏之

JAEA-Research 2007-025, 42 Pages, 2007/03

JAEA-Research-2007-025.pdf:3.37MB

マイナーアクチニド(MA)核変換による高レベル放射性廃棄物の処理・処分の負担軽減を目的として、日本原子力研究開発機構では加速器駆動システム(ADS)の研究開発を行っている。ADSは炉心中心で大強度の陽子加速器による核破砕中性子の供給を受けているため、炉心中心部分に高い出力ピークを持つ。このことは、燃料被覆管表面の最高温度が高くなる要因となるため、高温における腐食性の高い鉛ビスマス溶融金属(LBE)冷却材を使用する際の課題となっている。本研究では、出力ピーク低減を目的とした幾つかの炉心設計手法を検討し、それぞれの被覆管温度低減効果とビーム電流に対する影響を示した。手法として、燃料希釈材割合のサイクルごとの調整,燃料希釈材含有量,プルトニウム富化度、又はピン径の調整による炉心多領域化,ビーム入射位置の変更、そして、中央燃料集合体の短尺化を検討した。その結果、燃料希釈材割合のサイクルごとの調整と希釈材含有量又はピン径についての多領域化を組合せることで、被覆管表面最高温度を従来設計に比べて最大110C低減可能であることなどを示した。

Examination of applicability of IK method in the negative reactivity measurements

岩永 宏平; 山根 剛; 西原 健司; 岡嶋 成晃; 関本 博*; 朝岡 卓見*

Proceedings of 11th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-11) (CD-ROM), 10 Pages, 2003/04

未臨界体系での動的手法による負の反応度測定実験において、未臨界度と中性子源強度Sを同時に決定できる逆動特性法のデータ処理手順の適用性について検討を行った。ここでは、FCAにおいて、未臨界体系(k=0.998)に反応度を約$-5.5投入した。このときの炉出力時系列データに対して、6つのデータ処理手順に基づいて、,Sを求め、相互比較を行った。その結果、最も計数率の高い検出器の場合、手法間においては2%以内、Sは0.6%以内で一致する。一方、最も計数率の低い検出器では、手法間でが最大で4%、Sは最大で7%の相違があった。この原因は、未臨界度が深くなると、検出器の計数率が低下し、係数のゆらぎが正規分布からずれることになると考えられる。特に、未臨界の高速炉体系では計数率が大幅に減少するため、$-6程度の反応度投入でも、従来のデータ処理手順に適否があることが判明し、十分計数率を与える検出器の選定が重要であることが示された。

抽出試薬担持多孔性シートによる金属イオンの高速分離

石原 量*; 浅井 志保; 山城 康平*; 梅野 太輔*; 斎藤 恭一*; 須郷 高信*

no journal, , 

溶媒抽出法で利用される抽出試薬をビーズ状多孔性樹脂に担持した抽出クロマトグラフィー樹脂は、有機溶媒を使用することなく抽出試薬の高い選択性を利用できるため、放射性核種の分析現場で利用されている。しかしながら抽出クロマトグラフィー樹脂は、ビーズ内部での拡散物質移動過程が律速となり、試料溶液を高速で処理できない。本研究では、グラフト鎖を付与した多孔性シート(空孔率70%,細孔径1.2m,シート厚3mm)を抽出試薬の担体とし、試料溶液の処理速度の向上を試みた。担持する抽出試薬は、希土類元素の抽出に利用されているBis(2-ethylhexyl)phosphate(HDEHP)を選んだ。HDEHPの担持量は2.0mol/kg-HDEHPシートとなり、市販の抽出クロマトグラフィー樹脂に比べて高い値を示した。これは、グラフト鎖がHDEHPを高密度に保持できる環境を提供したためである。HDEHP多孔性シートをディスク状に切断し、市販の固相抽出用カートリッジに充填した。モデル金属イオンをYとし、HDEHPディスクカートリッジへ透過させた。Yの吸着容量は0.37kg-Y/HDEHP担持シートとなり、また、抽出クロマトグラフィー樹脂に比べて30倍以上の処理速度を実現できた。

新型原子核乾板を用いた高線バックグラウンド下での中性子スペクトル測定手法の開発,1; 全体概要

河原林 順*; 前田 茂貴; 高木 恵輔*; 石原 康平*; 富田 英生*; 森島 邦博*; 井口 哲夫*

no journal, , 

中性子ビームの利用の広がりとともに高線バックグラウンド下での中性子計測の高度化が求められている。われわれのグループでは原子核乾板に着目し、AgBr結晶粒径を制御することにより、中性子起因反跳陽子の検出効率を落とすことなく線起因電子の検出効率を下げることに成功している。本発表では、中性子のエネルギー情報を保持している反跳陽子飛跡長の解析手法について、シリーズ発表の全体の概略を説明するとともに、新型乾板における飛跡の形状について報告する。

新型原子核乾板を用いた高線バックグラウンド下での中性子スペクトル測定手法の開発,3; アンフォールディングによる中性子スペクトル評価

前田 茂貴; 高木 恵輔*; 石原 康平*; 富田 英生*; 河原林 順*; 井口 哲夫*

no journal, , 

線感度を制御した新型乾板を作成し、高線バックグラウンド下での中性子スペクトル測定手法を開発している。原子核乾板には中性子起因の反跳陽子による飛跡が記録される。反跳陽子の飛跡長は中性子のエネルギーに依存することから、その応答関数を評価し、飛跡長から中性子エネルギースペクトルをアンフォールディングによって評価できることを示す。