Validation of evaluation model for analysis of steam reformer in HTGR hydrogen production plant

石井 克典; 青木 健; 井坂 和義; 野口 弘喜; 清水 厚志; 佐藤 博之

Proceedings of 30th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE30) (Internet), 9 Pages, 2023/05

JAEA initiated High Temperature engineering Test Reactor (HTTR) heat application test project to establish coupling technologies between HTGR and a hydrogen production plant necessary to achieve large-scale, low cost, and carbon-free hydrogen production. One important element for the coupling technologies is a system analysis code which can simulate dynamic behavior of a HTGR hydrogen production system to design a plant control system for the effects of circulated helium heat through both facilities. The code is required to deal with a complex system which involves several subsystems and different physics with different timescales. As a first step of the development, we developed a heat and mass balance evaluation model of a helium-heated steam reformer. This report will present the outline of the developed model and simulation results with comparison to the experimental results.

Development plan for coupling technology between high temperature gas-cooled reactor HTTR and Hydrogen Production Facility, 2; Development plan for coupling equipment between HTTR and Hydrogen Production Facility

水田 直紀; 守田 圭介; 青木 健; 沖田 将一朗; 石井 克典; 倉林 薫; 安田 貴則; 田中 真人; 井坂 和義; 野口 弘喜; et al.

Proceedings of 30th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE30) (Internet), 6 Pages, 2023/05

High temperature gas-cooled reactor (HTGR) is expected to extend the use of nuclear heat to a wider spectrum of industrial applications such as hydrogen production, high efficiency power generation, etc., due largely to high temperature heat supply capability as well as inherent safe characteristics. Japan Atomic Energy Agency (JAEA) have been contracted by the Agency for Natural Resources and Energy, part of the Ministry of Economy, Trade and Industry (METI) of Japan, to conduct its Hydrogen Production Demonstration Project Utilizing Very High Temperature. The primary objective of this project is to establish "coupling technology" between HTGR and hydrogen production facility in accordance with "Green Growth Strategy Through Achieving Carbon Neutrality in 2050". From this fiscal year, JAEA initiated a program to produce hydrogen using an HTTR (High Temperature Engineering Test Reactor) to develop coupling technologies between HTGR and hydrogen production facility required for a massive, cost-effective and carbon-free hydrogen production technology. This paper describes the development plan for coupling equipment which is required for an HTTR heat application test as coupling technologies between an HTTR and a hydrogen production facility. The coupling equipment is composed of a high temperature isolation valve to prevent the ingress of the flammable gas and/or the leakage of radioactive materials for nuclear facility, a secondary helium gas circulator to feed a high temperature helium gas, and a high temperature insulation pipe to transport of a high temperature helium gas from an Internal Heat Exchanger (IHX) to a hydrogen production facility. The development plan of coupling equipment contains each target and draft schedule.

北海道幌延町に分布する鮮新統から中新統の珪質岩に含まれる有機物の堆積過程の検討

村岡 亜美*; 千代延 俊*; 荒戸 裕之*; Martizzi, P.*; 石井 英一

石油技術協会誌(CD-ROM), 87(1), p.86 - 88, 2022/00

原子力機構幌延深地層研究センターで掘削されたHDB-11坑井で認められた稚内層珪質泥岩と声問層珪藻質泥岩は、生物擾乱が顕著な塊状泥岩を主体としノジュールを挟在する。これら層準の石油根源岩能力を検討した結果、全体を通じてTOCは平均1.21%、最大値1.70%で良好な根源岩であることを示した。また、タイプIIのケロジェンを代表する海洋の一次生産者である藻類プランクトンによる有機物の供給が全層準を通じて認められるとともに、陸域からのタイプIIIケロジェンと砕屑物の供給により有機物が保存された可能性を指摘した。

Optimum temperature for HIP bonding invar alloy and stainless steel

涌井 隆; 石井 秀亮*; 直江 崇; 粉川 広行; 羽賀 勝洋; 若井 栄一; 高田 弘; 二川 正敏

Materials Transactions, 60(6), p.1026 - 1033, 2019/06

https://doi.org/10.2320/matertrans.M2018346

J-PARCの核破砕中性子源で使用する水銀ターゲット容器は、1.31.32.5mと大きいため、使用済み容器の廃棄量を低減する観点で、損傷量の大きい前半部を分割できる構造を検討している。分割部のフランジには、高いシール性能(110Pa・m/s以下)が必要である。このフランジの材料として、ビーム運転時の熱変形を低減するために低熱膨張材であるインバー合金は有望であるが、弾性係数が低いためボルト締結時の変形が大きくなる。実用上はステンレス鋼で補強するが、HIP接合により広い面積を全面にわたって確実に接合する条件を見出すことが課題であった。そこで、接合温度が異なる試験片(973, 1173, 1373及び1473K)について、引張試験及び数値解析による残留応力評価を行った。973Kで接合した試験片は、拡散層厚さが殆どなく接合界面で破断した。引張強度は、接合温度の上昇とともに減少し、1473Kの場合、約10%低下した。接合面近傍の残留応力は最大50%増加した。これらの結果から、1173Kが最適な接合温度であることを結論付けた。

Numerical evaluation on fluctuation absorption characteristics based on nuclear heat supply fluctuation test using HTTR

高田 昌二; 本多 友貴*; 稲葉 良知; 関田 健司; 根本 隆弘; 栃尾 大輔; 石井 俊晃; 佐藤 博之; 中川 繁昭; 沢 和弘*

Proceedings of 9th International Topical Meeting on High Temperature Reactor Technology (HTR 2018) (USB Flash Drive), 7 Pages, 2018/10

HTGRに接続する核熱利用システムの設計では、化学プラント会社の容易な参入を可能にするため、非原子炉級で設計されるが、熱利用システムで異常が発生した場合でも原子炉の運転を継続できることとしている。需要地近接立地で負荷追従運転を実現するため、原子炉入口および出口冷却材温度を一定に保ちながら一次系ガス圧力を変化させるインベントリ制御は原子炉出力を制御する方法の候補の1つとされている。HTTRを用いた非核加熱運転による熱負荷変動吸収試験結果をもとに、異なる一次系ガス圧力で原子炉入口温度をステップ状に変動させた。数値解析の結果、圧力の低下により変動吸収特性が劣化しないことが明らかになった。また、原子炉出力の80%でも、原子炉出口温度がスクラムレベルに達しないことも明らかにした。

Fine dispersion of Pt subnanoclusters and Pt single atoms over porous carbon supports and their structural analyses with X-ray absorption spectroscopy

糸井 弘行*; 西原 洋知*; 小林 俊介*; Ittisanronnachai, S.*; 石井 孝文*; Berenguer, R.*; 伊藤 仁*; 松村 大樹; 京谷 隆*

Journal of Physical Chemistry C, 121(14), p.7892 - 7902, 2017/04

https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.7b00422

We demonstrate the fine dispersion of Pt subnanoclusters or Pt single atoms on two types of porous carbon supports, Ketjen black (KB) and zeolite-templated carbon (ZTC). For the fine dispersion of Pt subnanoclusters, simply filling an organoplatinum complex, (COD)PtMe, as a Pt precursor into the micropores is found to be crucial to prevent agglomeration or sintering of Pt subnanoclusters. Moreover, it is possible to disperse Pt single atoms on ZTC, simply by decreasing the Pt loading amount down to ca. 0.9 wt%, owing to some stabilization effect by oxygen-containing functional groups. Extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) analysis for Pt subnanoclusters reveals that the Pt-Pt bond is contracting to a large extent (2.8%) relative to balk values, and upon hydrogen chemisorption, the bond elongates more than the reported values for the 1.0 nm sized Pt nanoparticles.

Development of a measurement system for the determination of () cross-sections using multi-nucleon transfer reactions

牧井 宏之; 太田 周也*; 石井 哲朗; 若林 泰生*; 古高 和禎; 西尾 勝久; 西中 一朗; 千葉 敏; 井頭 政之*; Czeszumska, A.*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 797, p.83 - 93, 2015/10

https://doi.org/10.1016/j.nima.2015.05.005

中性子捕獲断面積を間接的に導出するための、線測定用のコンプトン抑止型LaBr(Ce)検出器と荷電粒子測定用のシリコン-検出器から構成される、新しい測定装置の開発を行った。原子力機構タンデム加速器からのエネルギー153MeVの酸素18ビームをGd及び、Gd標的に照射して発生する線と荷電粒子の同時測定を行うことにより、開発した装置の特性試験を行った。大型(直径4インチ、長さ5インチ)のLaBr(Ce)検出器を用いることにより、Gd(O, O)Gd反応及び、Gd(O, O)Gd反応で生成される複合核からの線の測定に成功した。得られた結果から新たに開発した測定装置が多核子移行反応を用いた中性子捕獲断面積の導出に極めて有効であることを見出した。

ステンレス鋼の耐発銹性に及ぼす不働態皮膜の安定度の影響

富士 浩行*; 青木 聡; 石井 知洋*; 酒井 潤一*

材料と環境, 64(5), p.178 - 182, 2015/05

https://doi.org/10.3323/jcorr.64.178

本研究は発銹の前駆過程である不働態皮膜の破壊に着目し、耐発銹性に及ぼす不働態皮膜の安定度の影響を明らかにすることを目的とした。12ヶ月間大気曝露試験を行った。不働態皮膜の安定度を比較するために、酸性塩化物水溶液中において電位衰退曲線測定および定電位分極試験を行った。その結果、オーステナイトステンレス鋼はフェライトステンレス鋼と比較して高い発銹面積率を示した。この序列は鋼種間の孔食電位や表面に存在する介在物の密度の序列と一致しなかった。それに対して、ステンレス鋼の耐発銹性と不働態皮膜の安定度の序列は一致した。オーステナイトステンレス鋼の耐発銹性がフェライトステンレス鋼よりも劣る要因として、不働態皮膜が塩化物によって破壊されやすく、不働態皮膜の破壊に伴い形成されたミクロピットが発銹の起点となり、発銹部の密度を高めていることが考えられる。

Effects of glutathione concentration in the root zone and glutathione treatment period on cadmium partitioning in oilseed rape plants

中村 進一*; 近藤 ひかり*; 鈴井 伸郎; 尹 永根; 石井 里美; 河地 有木; 頼 泰樹*; 服部 浩之*; 藤巻 秀

Molecular Physiology and Ecophysiology of Sulfur, p.253 - 259, 2015/00

https://doi.org/10.1007/978-3-319-20137-5_28

Glutathione is a sulfur-containing peptide involved in various aspects of plant metabolism. Glutathione is also known to have effects on heavy metal responses in plants. In our previous work, we have found glutathione, applied to roots site- specifically, inhibited cadmium (Cd) translocation from roots to shoots and Cd accumulation in shoots in oilseed rape plants. In addition, we succeeded in visualizing inhibition of root-to-shoot translocation of Cd by using a positron-emitting tracer imaging system (PETIS). In this work, the effects of glutathione concentration in the root zone (hydroponic solution) and the glutathione treatment period on Cd partitioning in oilseed rape plants were investigated. Our experimental results demonstrated that glutathione, exceeding a certain concentration in the root zone, is needed to trigger inhibition of Cd translocation, and that treatment time from the start of glutathione application had different effects on Cd partitioning in oilseed rape plants.

瑞浪超深地層研究所計画におけるクラックテンソル理論に基づく等価連続体モデル化手法の検討

真田 祐幸; 佐藤 稔紀; 丹野 剛男*; 引間 亮一*; 多田 浩幸*; 熊坂 博夫*; 石井 卓*; 櫻井 英行*

JAEA-Research 2014-006, 124 Pages, 2014/06

JAEA-Research-2014-006.pdf:11.26MB

日本原子力研究開発機構では、結晶質岩を対象とした深部地質環境の調査・解析・評価技術の基盤の整備と、深地層における工学技術の基盤の整備を目標として、岐阜県瑞浪市において超深地層研究所計画を進めている。超深地層研究所計画における岩盤力学分野では、地上からの調査段階において、研究坑道の掘削に伴い周辺岩盤中に生じる掘削影響の評価方法の構築を課題の一つとして設定している。本報告では、深度500mまでの立坑および水平坑道の研究坑道の壁面観察や力学試験データ等を使用してクラックテンソルの算定を行った。そして、深度500mにおけるクラックテンソルを用いて、換気立坑の深度500mおよび深度500m予備ステージの2次元掘削解析を行った。また、第1段階の調査(MIZ-1号孔)結果に基づいて算出した深度500mのクラックテンソルの検証を本報で算定したクラックテンソルを基に行った。さらに、換気立坑の深度170から500mおよび深度500m予備ステージを対象に、基準領域および観察領域を設定し、クラックテンソルの相対誤差を算出するとともに、観察領域の大きさに伴う相対誤差の変動の様子を調べた。