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報告書

シビアアクシデント後の再臨界評価手法の高度化に関する研究(共同研究)

久語 輝彦; 石川 眞; 長家 康展; 横山 賢治; 深谷 裕司; 丸山 博見*; 石井 佳彦*; 藤村 幸治*; 近藤 貴夫*; 湊 博一*; et al.

JAEA-Research 2013-046, 53 Pages, 2014/03

JAEA-Research-2013-046.pdf:4.42MB

本報告書は、2011年3月に発生した東京電力福島第一原子力発電所事故の収束に貢献することを目的として、日本原子力研究開発機構と日立GEニュークリア・エナジーが、2011-2012年度の2年間にわたって共同で実施した研究の成果をまとめたものである。本研究ではまず、現状の福島第一原子力発電所において再臨界に到るシナリオを検討した。引き続いて、そのシナリオに応じた投入反応度及び反応度フィードバックメカニズムをモデル化して、シビアアクシデント後の原子力発電所における再臨界事象を評価できる手法を開発し、汎用炉心解析システムMARBLE上で稼働する臨界事故シミュレーションツールPORCASとして整備した。さらに、このPORCASを用いて、福島第一原子力発電所における代表的な再臨界シナリオの挙動解析を行い、この結果を用いて被ばく線量を評価することにより、公衆への影響の程度を概算した。

論文

Irradiation effect of swift heavy ion for Zr$$_{50}$$Cu$$_{40}$$Al$$_{10}$$ bulk glassy alloy

小野寺 直利*; 石井 顕人*; 石井 康嗣*; 岩瀬 彰宏*; 横山 嘉彦*; 齋藤 勇一; 石川 法人; 薮内 敦*; 堀 史説*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 314, p.122 - 124, 2013/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:84.29(Instruments & Instrumentation)

金属ガラスには転位や点欠陥が存在せず、そのため自由体積の制御によって機械的特性が大きく変化することが指摘されている。自由体積の変化を陽電子寿命の測定により評価することができる。Zr$$_{50}$$Cu$$_{40}$$Al$$_{10}$$において重イオン照射に伴う自由体積の変化を陽電子消滅法により調べた。その際、系統的にイオン種,イオンエネルギーを変えて、自由体積の減少と阻止能(イオンから試料へのエネルギー伝達の線密度)との関係を解析した。その結果、陽電子寿命の減少が、核的阻止能(弾性衝突に伴うエネルギー伝達)ではなく、電子的阻止能(試料中の電子系へのエネルギー伝達)に対応して変化していることがわかり、電子系へのエネルギー伝達が自由体積の減少を引き起こしていることが示唆された。

論文

A Study of defects in electron- and ion-irradiated ZrCuAl bulk glassy alloy using positron annihilation techniques

堀 史説*; 小野寺 直利*; 福本 由佳*; 石井 顕人*; 岩瀬 彰宏*; 河裾 厚男; 薮内 敦; 前川 雅樹; 横山 嘉彦*

Journal of Physics; Conference Series, 262, p.012025_1 - 012025_4, 2011/01

 被引用回数:3 パーセンタイル:16.98

200MeV又は2.5MeVのXeイオン,180keVのHeイオン、及び2MeV電子線をそれぞれ室温で照射したZr$$_{50}$$Cu$$_{40}$$Al$$_{10}$$バルク金属ガラス中の自由体積変化について陽電子消滅法を用いて調べた。X線回折測定の結果、いずれの試料においても照射による結晶化は確認されなかった。陽電子寿命測定の結果、電子線照射試料及びHeイオン照射試料では陽電子寿命値の増大が観測された一方で、重イオンであるXeイオン照射試料では陽電子寿命値の減少が観測された。金属ガラスの陽電子寿命値の減少は構造緩和又は結晶化を示唆するものであるが、本研究試料では結晶化は確認されていない。したがって、Xeイオン照射試料の陽電子寿命値の減少は照射粒子から与えられたエネルギーにより生じた構造緩和に起因するものであると考えられる。一方で、軽イオンであるHeイオン照射試料では照射損傷領域において自由体積の増大を示す陽電子消滅$$gamma$$線ピーク強度の増大が観測されたことから、ZrCuAlバルク金属ガラスへの照射効果は照射粒子の1粒子あたりの原子弾き出し数の違いに依存することを見いだした。

論文

Free volume in Zr-based bulk glassy alloys studied by positron annihilation techniques

石井 顕人*; 岩瀬 彰宏*; 横山 嘉彦*; 今野 豊彦*; 河裾 厚男; 薮内 敦; 前川 雅樹; 堀 史説*

Journal of Physics; Conference Series, 225, p.012020_1 - 012020_6, 2010/06

 被引用回数:4 パーセンタイル:12.63

ジルコニウム基金属ガラスの強度特性と自由体積の相関を解明する目的で、ジルコニウム組成比を系統的に変化させた試料について、陽電子消滅測定を行った。共晶点を超える組成の試料について得られた陽電子寿命は共晶試料のそれとほとんど同じであったが、消滅$$gamma$$線ドップラー拡がりスペクトルは異なることが明らかになった。これは陽電子が消滅する自由体積部におけるジルコニウム組成が、共晶試料よりも高いことを示している。さらに自由体積の局所構造も異なることが示唆された。

報告書

受動的安全性を具備した低減速軽水炉に関する技術開発(受託研究)

岩村 公道; 大久保 努; 秋江 拓志; 久語 輝彦; 与能本 泰介; 呉田 昌俊; 石川 信行; 長家 康展; 新谷 文将; 岡嶋 成晃; et al.

JAERI-Research 2004-008, 383 Pages, 2004/06

JAERI-Research-2004-008.pdf:21.49MB

本報告書は、日本原子力研究所,日本原子力発電,日立製作所,東京工業大学が財団法人エネルギー総合工学研究所からの委託を受けて平成12$$sim$$14年度に実施した革新的実用原子力技術開発提案公募事業「受動的安全性を具備した低減速軽水炉に関する技術開発」の成果をまとめたものである。本提案公募事業では、エネルギーの長期安定供給を確保するとともに、コスト競争力の強化,プルトニウムの有効利用,使用済燃料蓄積量の低減など、原子力発電及び核燃料サイクルが直面する課題の解決、及び安全性・経済性にかかわる技術の一層の向上を図るため、既に実用化している軽水炉技術を最大限に活用し、中性子の減速を抑制して転換比を上げることにより燃料の増殖,高燃焼度・長期サイクル運転,プルトニウムリサイクルが可能となる低減速軽水炉の開発を実施した。 炉心設計,プラントシステム設計とともに、熱流動成立性,炉物理的成立性,燃料の安全性,燃料サイクルの検討を実施し、実用化へ向けた成立性の見通しを得た。

論文

Resistive instabilities in reversed shear discharges and wall stabilization on JT-60

竹治 智; 徳田 伸二; 藤田 隆明; 鈴木 隆博; 諫山 明彦; 井手 俊介; 石井 康友; 鎌田 裕; 小出 芳彦; 松本 太郎; et al.

Nuclear Fusion, 42(1), p.5 - 13, 2002/01

 被引用回数:64 パーセンタイル:9.73(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60の負磁気シアプラズマにおける抵抗性MHD不安定性,理想低nキンクモードの壁安定化効果を調べた。規格化$$beta$$値~1程度で強い内部輸送障壁を有する負磁気シアプラズマにおいて、空間的に局在化したトロイダルモード数n=1の抵抗性交換型MHDモードを初めて観測した。抵抗性交換型MHDモードはバースト状の揺動が間欠的に現れ、高い規格化$$beta$$領域では高次のn$$leq$$3モードが時折観測される。抵抗性交換型MHDモードのみではグローバルな閉じ込め性能に大きく影響してない。抵抗性交換型MHDモードが安全係数が極小値となる位置より外側の有理面のテアリングモードと結合しコラプス現象を引き起こすことが見いだされた。テアリングモードの安定性解析は、外側の有理面のテアリングモードの安定性パラメータが自由境界条件によって影響を受けることを示しており、この結果はプラズマ表面の安全係数が整数となる時にコラプスが発生する実験事実に矛盾しない。理想低nキンクモードがJT-60の真空容器壁の壁安定化効果により安定化されることを明らかにした。壁で安定化されたプラズマのコラプス後に現れる効果抵抗性壁モードによる磁気流体揺動を観測した。

論文

First test results for the ITER central solenoid model coil

加藤 崇; 辻 博史; 安藤 俊就; 高橋 良和; 中嶋 秀夫; 杉本 誠; 礒野 高明; 小泉 徳潔; 河野 勝己; 押切 雅幸*; et al.

Fusion Engineering and Design, 56-57, p.59 - 70, 2001/10

 被引用回数:14 パーセンタイル:26.14

ITER中心ソレノイド・モデル・コイルは、1992年より設計・製作を開始し、1999年に完成した。2000年2月末に原研に建設されたコイル試験装置への据え付けが終了し、3月より第1回のコイル実験が開始され、8月末に終了した。本実験により、コイルの定格性能である磁場13Tを達成したとともに、コイルに課せられた設計性能が十分に満足されていることを実証することができた。本論文は、上記実験結果につき、直流通電、急速励磁通電、1万回サイクル試験結果としてまとめる。また、性能評価として、分流開始温度特性、安定性特性、クエンチ特性についても言及する。

論文

CSインサート・コイルの交流損失特性

松井 邦浩; 布谷 嘉彦; 河野 勝己; 高橋 良和; 西井 憲治*; CSモデル・コイル実験グループ

低温工学, 36(6), p.361 - 367, 2001/06

CSインサート・コイルは超伝導導体の特性を評価するための単層ソレノイド・コイルである。このコイル用の導体には、Nb$$_{3}$$Sn超伝導線を1152本撚り合わせたケーブル・イン・コンジット導体が使用されている。このような導体ではその構造が複雑なため、導体で発生する交流損失を評価するのが困難である。CSモデル・コイルの試験を通じてCSインサート・コイルの交流損失を熱量法により測定した。また、短尺導体の交流損失を測定し、コイルの試験結果と比較・検討した。

論文

Progress of the ITER central solenoid model coil programme

辻 博史; 奥野 清*; Thome, R.*; Salpietro, E.*; Egorov, S. A.*; Martovetsky, N.*; Ricci, M.*; Zanino, R.*; Zahn, G.*; Martinez, A.*; et al.

Nuclear Fusion, 41(5), p.645 - 651, 2001/05

 被引用回数:52 パーセンタイル:14.56(Physics, Fluids & Plasmas)

ITERを構成する3群の超伝導コイルでは、中心ソレノイド・コイルが最も高い磁場13Tを0.4T/s以上の速度で急速励起するパルス動作が要求される点で、最も技術的難度の高いコイルである。そこで中心ソレノイド・コイル工学設計の妥当性を確認し、併せてコイルの製作技術を開発する目的で、中心ソレノイド・モデル・コイルの開発が進められてきた。約8年をかけて完成したモデル・コイルの実験がこの程、国際共同作業として原研で実施され、技術開発目標をすべて満足する実験成果と貴重な技術データが得られた。

論文

AC loss measurement of 46kA-13T Nb$$_{3}$$Sn conductor for ITER

高橋 良和; 松井 邦浩; 西井 憲治; 小泉 徳潔; 布谷 嘉彦; 礒野 高明; 安藤 俊就; 辻 博史; 村瀬 暁*; 島本 進*

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 11(1), p.1546 - 1549, 2001/03

 被引用回数:27 パーセンタイル:21.71(Engineering, Electrical & Electronic)

ITER用に開発されたNb$$_{3}$$S$$_{n}$$超電導体は、直径0.8mmの素線を約千本撚り合わせたもので、最大磁場13Tにおいて、46kAの運転電流値である。超電導導体の重要な特性の一つである変動磁場に対する損失(ACロス)を、冷媒ヘリウムが流れる空間が占める割合(ボイド率)をパラメータとした導体サンプルにおいて測定した。その結果、パルス・コイルにおける最適なボイド率は35~37%であることが示された。またCSモデル・コイルにおけるACロスの測定結果と導体サンプルの結果を比較検討した。その結果、導体サンプルの長さが十分でないことが明らかになった。しかし、コイルにおいては、ACロスは十分小さいことも示された。

論文

Long sustainment of JT-60U plasmas with high integrated performance

鎌田 裕; 諫山 明彦; 及川 聡洋; 坂本 宜照; 細金 延幸; 竹永 秀信; 草間 義紀; 藤田 隆明; 竹治 智; 小関 隆久; et al.

Nuclear Fusion, 39(11Y), p.1845 - 1853, 1999/11

$$beta_{p}$$ELMy Hモードプラズマによる高総合性能の長時間維持を報告する。W型排気ダイバータへの改造により、高加熱パワー(20-25MW)の長時間($$<$$9秒)入射が可能となった。最大加熱エネルギーは203MJに達する。圧力及び電流の空間分布を最適化し、加えてプラズマ断面形状の三角形度を上昇($$leq$$0.5)することで、高$$beta$$安定性が改善された。プラズマ電流1.5MAでは、等価エネルギー増倍率Q$$_{DT}^{eq}$$=0.16を4.5秒間維持した。この時、Hファクター2.2、規格化$$beta$$値1.9である。また、全電流の60-70%が非誘導電流駆動されている。低安全係数(q$$_{95}$$~3)での定常$$beta$$限界も改善され、規格化$$beta$$値2.5~2.7を約3.5秒間維持することができた。これは、ITERの要求を満足する結果である。

論文

High performance experiments in JT-60U reversed shear discharges

藤田 隆明; 鎌田 裕; 石田 真一; 閨谷 譲; 及川 聡洋; 井手 俊介; 竹治 智; 小出 芳彦; 諫山 明彦; 福田 武司; et al.

Nuclear Fusion, 39(11Y), p.1627 - 1636, 1999/11

 被引用回数:77 パーセンタイル:8.14(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60U負磁気シア放電の運転領域を、高プラズマ電流、低安全係数領域へと拡張し、JT-60Uにおける等価エネルギー増倍率の記録1.25を2.6MAにて達成した。ビームパワーによる中性子発生率の帰還制御など、大きな半径の内部輸送障壁を保ちつつ低安全係数へと再現性良く到達するための運転手法を開発した。排気付きW型ダイバータ配位において不純物の低減を得た。Lモード境界の負磁気シア放電の性能の持続時間は、qの極小値が2近傍となったときに発生するベータコラプスにより制限された。トロイダル回転制御により一時的に内部輸送障壁を劣化させて熱パルスを誘起し、Hモードを得た。Hモード化により圧力分布を平坦化してqの極小値~2における安定性を改善し、内部輸送障壁を5.5秒間維持した。

論文

Long sustainment of JT-60U plasmas with high integrated performance

鎌田 裕; 諫山 明彦; 及川 聡洋; 坂本 宜照; 細金 延幸; 竹永 秀信; 草間 義紀; 藤田 隆明; 竹治 智; 小関 隆久; et al.

Nuclear Fusion, 39(11Y), p.1845 - 1853, 1999/11

 被引用回数:64 パーセンタイル:10.63(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60で行った、高閉じ込め・高安定性プラズマの長時間維持の効果を報告する。プラズマ内部及び周辺部に、2重の輸送障壁を持つ高ポロイダルベータHモードを、ELMのある状態で維持し、以下の結果を得た。(1)DT等価エネルギー増倍率0.1を9秒間、0.16を4.5秒間、高閉じ込め(改善度約2)で維持した。(2)低安全係数(約3)であっても、高い規格化ベータ値2.5-2.7を3.5秒間維持した。(3)閉じ込め改善度X規格化ベータ値は、三角度の上昇で改善される。(4)周辺部の閉じ込め改善を担う、ペデスタル構造の時間発展を詳細に研究し、ELMのある状態でのペデスタル巾が、イオンのポロイダルラーマー半径とともに広がることを見い出した。(5)そのような、ペデスタル部の圧力勾配は、三角度の上昇で改善され、それがプラズマ性能の上昇の原因となっている。

論文

High performance experiments in JT-60U reversed shear discharges

藤田 隆明; 鎌田 裕; 石田 真一; 閨谷 譲; 及川 聡洋; 井手 俊介; 竹治 智; 小出 芳彦; 諫山 明彦; 福田 武司; et al.

IAEA-CN-69/EX1/2 (CD-ROM), 8 Pages, 1999/00

JT-60Uの高プラズマ電流(低q)の負磁気シアー放電により高い核融合性能が得られ、熱核融合反応が主となる条件でDT換算核融合エネルギー増倍率1.25を達成した。高性能を得るためには、広い負磁気シアー領域を保ったままで、q$$_{min}$$~2の低q$$_{min}$$領域に到達することが重要であり、その過程においては圧力分布・電流分布の制御により安定性を確保した。排気付W型ダイバータ改造後の実験においては不純物の低減を得て、核融合性能を向上した。Lモード境界の負磁気シアー放電においてはq$$_{min}$$~2で発生するベータコラプスにより高性能の持続時間が規定されたが、プラズマ回転の制御により内部輸送障壁を一時的に弱めることによりHモード遷移を誘起し、Hモードによる圧力分布の平坦化により低q$$_{min}$$領域における安定性を向上した。ELM付Hモードの負磁気シアー放電により、高閉じ込めの内部輸送障壁を5.5秒間維持した。

論文

High performance reversed shear plasmas with a large radius transport barrier in JT-60U

藤田 隆明; 波多江 仰紀; 及川 聡洋; 竹治 智; 白井 浩; 小出 芳彦; 石田 真一; 井手 俊介; 石井 康友; 小関 隆久; et al.

Nuclear Fusion, 38(2), p.207 - 221, 1998/02

 被引用回数:60 パーセンタイル:11.71(Physics, Fluids & Plasmas)

大きな半径の輸送障壁を保ちつつ、JT-60Uの負磁気シアー放電の運転を低q、高電流領域に拡張し、高い核融合性能を得た。JT-60UにおけるDT換算核融合エネルギー増倍率Q$$_{DTeq}$$の記録を更新し、Q$$_{DTeq}$$=1.05を達成した。qの極小値q$$_{min}$$の半径のすぐ内側に電子密度、電子温度、イオン温度の急勾配を有する内部輸送障壁を形成することにより大幅な閉じ込め改善が得られた。内部輸送障壁形成後にプラズマ体積や加熱パワーを調整して圧力分布・電流分布を制御しながらプラズマ電流をランプアップすることにより、q$$_{min}$$~2の低q領域においてプラズマ半径の80%に及ぶ広い負磁気シアー領域を得た。エネルギー閉じ込め時間は、内部輸送障壁の半径とともに、またq$$_{min}$$の低下とともに増大した。実効的一流体熱拡散係数は、内部輸送障壁において極小値を有する。プラズマの性能は、q$$_{min}$$~2,$$beta$$$$_{N}$$~2で発生するプラズマ崩壊により規定された。

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