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論文

Study on optimizing microwave heating denitration method and powder characteristics of uranium trioxide

瀬川 智臣; 川口 浩一; 加藤 良幸; 石井 克典; 鈴木 政浩; 藤田 峻也*; 小林 昌平*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 湯淺 朋久*

Proceedings of 2019 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2019) (Internet), 9 Pages, 2019/05

硝酸ウラニル・硝酸プルトニウム混合溶液から混合酸化物への転換において、マイクロ波加熱脱硝法が利用されている。マイクロ波加熱の効率性及び均質なUO$$_{3}$$粉末を製造するための加熱均一性の向上を目的とし、塩化カリウム寒天及び硝酸ウラニル溶液のマイクロ波加熱試験、並びに数値シミュレーションによる解析を実施した。硝酸ウラニル溶液の誘電損失に調整した塩化カリウム寒天を用いたマイクロ波加熱試験により、マイクロ波加熱脱硝に最適なサポートテーブル高さは50mmとなることを確認した。また、断熱材を用いた硝酸ウラニル溶液のマイクロ波加熱試験により、脱硝時間の短縮によるエネルギー利用効率の向上及び脱硝体の剥離性が改善による収率の向上を確認した。さらに複数のサンプリング位置において採取したUO$$_{3}$$について、いずれも粉末特性が改善し高密度のペレットが作製可能となることが明らかになった。断熱材を設置することで硝酸ウラニル溶液のマイクロ波加熱の均一性が向上することが数値シミュレーションにより示された。

論文

Development of granulation system for simplified MOX pellet fabrication process

石井 克典; 瀬川 智臣; 川口 浩一; 鈴木 政浩

Proceedings of 2019 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2019) (Internet), 5 Pages, 2019/05

原子力機構は簡素化ペレット法MOX燃料製造プロセスの開発を実施している。簡素化法では、マイクロ波加熱脱硝法で製造したMOX粉末を焙焼・還元した後、湿式造粒法により流動性の改良を行っている。前報では、成型に適した造粒粉を効率的に製造するため、湿式造粒機と整粒機から構成される造粒システムが提案された。本研究では、湿式造粒機の改良を行うとともに、補助機器を追加することにより造粒システム試験装置を完成させ、WO$$_{3}$$粉を用いて装置の性能確認試験を実施し、原料粉が成型に適した粒径で流動性が良い造粒粉に転換できることを確認した。また5kgの粉末の処理に要した時間は約70分で、目標時間をほぼ満足することができた。

論文

Mechanism of flashing phenomena by microwave heating and influence of high dielectric constant solution

藤田 峻也*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 湯淺 朋久*; 瀬川 智臣; 加藤 良幸; 川口 浩一; 石井 克典

Proceedings of 11th Korea-Japan Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-11) (Internet), 7 Pages, 2018/11

使用済燃料の再処理工程において、硝酸ウラニル・硝酸プルトニウム混合溶液をマイクロ波加熱脱硝法により、酸化ウラン・酸化プルトニウム混合酸化物粉末に転換しており、今後、量産規模の脱硝技術を開発する上で、マイクロ波加熱時の突沸及び噴きこぼれ防止のために運転条件の把握が求められる。本研究において、溶液の誘電率の増加に伴い熱伝導係数が低下することを明らかにした。また、噴き上げ現象においては気泡成長よりも無数の微小気泡の発生が支配的に影響を及ぼすと考えられる。

論文

Development of a design support system for geological disposal using a CIM concept

杉田 裕; 河口 達也; 畑中 耕一郎; 新保 弘*; 山村 正人*; 小林 優一*; 藤澤 康雄*; 小林 一郎*; 矢吹 信喜*

Proceedings of 16th International Conference on Computing in Civil and Building Engineering (ICCCBE 2016) (Internet), p.1173 - 1182, 2016/07

本論文は、原子力機構が開発を進めている、地層処分場の設計を合理的に行う設計支援システム(Integrated System for Repository Engineering: iSRE)の開発状況について国際学会において発表するものである。本システム開発の基本的な考え方として、共通のデータモデルを介してプロジェクトの3次元モデル及び関連データを共有するCIM技術を利用している。地層処分事業に適用する設計支援システムとしてのiSREの開発目標、設計要件および機能、iSREの基本構造、iSREの具体化として、保存すべきデータモデルの項目とシステム全体の構成、iSREの主要なデータベース、ならびにそれらと外部システム及び外部データベースとの連携を可能とするインターフェースの設計について示す。一部のデータベースとインターフェースの試作を行い、データモデルを作成するとともに、iSREの運用シナリオを想定しつつ、データモデルを用いたiSREの適用性の検討を行い、地層処分事業に適応するiSREの具体的な開発の見通しを得るとともに、iSREが処分場の設計に対して有用であることを確認した。

論文

Nickel oxide powder synthesis from aqueous solution of nickel nitrate hexahydrate by a microwave denitration method

瀬川 智臣; 川口 浩一; 石井 克典; 鈴木 政浩; 有満 直樹*; 吉田 英人*; 福井 国博*

Advanced Powder Technology, 26(3), p.983 - 990, 2015/05

 被引用回数:3 パーセンタイル:76.15(Engineering, Chemical)

使用済み燃料の再処理工程において、マイクロ波加熱直接脱硝法による硝酸ウラニル・硝酸プルトニウム混合溶液から混合酸化物粉末(MOX原料粉末)への転換が行われている。マイクロ波加熱法に対する酸化物添加法と断熱材の効果を明らかにするため、マイクロ波加熱法による硝酸ニッケル六水和物(Ni(NO$$_{2}$$)$$_{2}$$・6H$$_{2}$$O)の水溶液の脱硝について研究を行った。Ni(NO$$_{2}$$)$$_{2}$$・6H$$_{2}$$O水溶液はマイクロ波吸収性が低く、マイクロ波照射により300$$^{circ}$$C以上に昇温することができず、脱硝生成物(NiO)の最終生成物をこれまで得ることができなかった。そのため、コンタミネーションを伴わない新たなNiOの合成法として、マイクロ波アクセプターとしてNiO粉末を添加する手法を開発した。さらに、反応容器周辺に断熱材を設置することにより試料温度の均一性が向上し、NiOへの脱硝率を大幅に改善することができた。数値シミュレーションにおいて断熱材を設置した場合の電界分布は顕著に変化し、温度分布の不均一性が低下することが明らかとなった。シミュレーションによる温度分布を基に算出したNiOへの脱硝率は、実験結果と概ね一致する傾向にあることを確認した。

論文

The Criteria of flushing phenomena under microwave heating

八巻 辰徳*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 瀬川 智臣; 川口 浩一; 山田 美一; 藤井 寛一*

Journal of Nuclear Science and Technology, 52(2), p.241 - 250, 2015/02

 被引用回数:3 パーセンタイル:53.75(Nuclear Science & Technology)

日本ではマイクロ波加熱脱硝(MH)法により、使用済み燃料から回収したU-Pu混合硝酸溶液からU-Pu混合酸化物(MOX)粉末が得られる。このMH法によって得られたMOX粉末はFBR用MOX燃料として利用される。MH法では沸騰現象が伴うことから、将来に向けた量産規模の脱硝技術開発には、突沸及び噴きこぼれを避ける運転条件を把握する必要がある。そこで本研究では、マイクロ波加熱時の沸騰現象の解明を目的とし、解明への第一ステップとして蒸留水を用いた実験を実施した。突沸は単一気泡の発生がトリガーとなって突沸に発生に至ることが観測された。また、突沸現象の発生限界は、液体に吸収される熱量と液面から放出される熱量に相関することが明らかとなった。

報告書

地層処分を対象としたグラウト材料の開発,2

川口 昌尚; 中西 達郎; 岸 裕和; 延藤 遵*; 山田 勉*; 藤田 朝雄; 畑中 耕一郎

JAEA-Data/Code 2012-007, 250 Pages, 2012/11

JAEA-Data-Code-2012-007.pdf:20.55MB

地層処分で使用される支保工やグラウトにはセメント系材料を用いることが考えられるため、長期的に岩盤の変質を引き起こし、地層処分システムの長期性能に影響を及ぼす可能性が指摘されている。さらに、地層処分施設の操業にあたっては、湧水量が厳しく制限されることが想定されることから、微細な亀裂に対しても注入可能なグラウト材料の開発が必要となってくる。このため、平成19年度より、既存のグラウト材料と同等以上の施工性・止水性を有し、岩盤への影響を最小限に抑える低アルカリ性(pH$$leq$$11)のグラウト材料の開発に取り組んでいる。ここでは、平成21年度に取りまとめを行ったJAEA-Data/Code 2010-005の続編として、それ以後のグラウト材料に関する室内試験結果を取りまとめデータ集として報告するものである。

論文

The Screening methodologies and/or achievement evaluation in Japanese FR cycle development program with the changing needs for evaluation

塩谷 洋樹; 宇都 成昭; 川口 浩一; 篠田 佳彦*; 小野 清; 難波 隆司

Proceedings of 20th International Conference on Nuclear Engineering and the ASME 2012 Power Conference (ICONE-20 & POWER 2012) (DVD-ROM), 10 Pages, 2012/07

本報告では、「高速増殖炉サイクルの実用化戦略調査研究」での高速増殖炉サイクル概念の特性評価とFaCT(高速増殖炉サイクル実用化開発)プロジェクトの性能目標達成度評価を議論する。我が国では、達成度評価は評価のニーズや目的に応じて変化してきた。FSでは意思決定手法が適用されたが、FaCTフェーズIでは開発の方向性の確認が重視された。とりわけ、FaCTフェーズIでの達成度評価では、高性能を達成するために設計要求が挑戦的に設定されたため、幾つかの点で未達の項目もあったものの、全体的には、日本の原子力委員会によって設定された性能目標はおおむね達成された。

論文

Characteristic evaluation of colloidal silica grout material developed for a high level radioactive waste geological repository

岸 裕和; 川口 昌尚; 内藤 守正; 畑中 耕一郎; 延藤 遵*; 杉山 博一*

原子力バックエンド研究(CD-ROM), 19(1), p.3 - 8, 2012/06

高レベル放射性廃棄物の地層処分施設の湧水抑制対策は、我が国のような地下水が豊富で割れ目が多い岩盤について特に重要であり、日本原子力研究開発機構では、低pHで岩盤への影響が少なく、高い湧水抑制効果を有するグラウト材料の開発を実施している。グラウト材料の低pH性は、長期間に渡る岩盤の変質を抑制し、長期安全性評価における不確実性を低減するうえで重要である。現在検討を進めているグラウト材料には低アルカリ性のセメント系、超微粒で球状のシリカ系の他、コロイダルシリカ系のものがある。ここでは、コロイダルシリカ系のグラウトについて、各種の室内試験により特性を評価した結果について述べる。使用したグラウトは、SiO$$_{2}$$の濃度,粒子径,表面改質に関して比較ケースを設定した。また、基本的特性の把握のため、pH測定,粘性測定,寸法安定性試験,圧縮強度試験,抵抗性試験を実施した。さらに、長期耐久性の評価のため、主成分であるシリカの溶出試験を実施した。その結果、このグラウトは、pHは要求値11未満で粘性も低く、グラウト材料としての適性が高いと評価された。また、溶出が比較的少ない配合について確認し、原位置での使用に適当な配合を選出することができた。

論文

MOX燃料再処理における溶媒劣化; Pu精製工程における溶媒劣化とその影響

川口 芳仁; 森本 和幸; 北尾 貴彦; 大山 孝一; 大森 栄一

日本原子力学会和文論文誌, 8(3), p.221 - 229, 2009/09

東海再処理施設では、30% TBP/n-ドデカンを用いるピューレックス法を用いて、使用済燃料からウランやプルトニウムを抽出している。TBPはおもに、放射線,抽出されている元素,酸による加水分解によりDBP, MBPに劣化する。本研究では、DBP生成速度式の算出,MOX燃料再処理時の工程内DBP濃度の調査,20日間工程停止時の工程内DBP濃度の調査を実施した。その結果、DBP生成速度式(T=47.3W+0.05[Pu]+0.1)が算出され、また、MOX燃料処理時の工程内のDBP濃度は91ppm、20日間工程停止時のDBP濃度は2000ppmであったが、その後の工程運転には影響がなかった。

論文

A Preliminary comprehensive dynamic analysis of the typical FaCT scenarios with JSFR and related fuel cycle facilities

塩谷 洋樹; 小野 清; 小川 隆; 駒 義和; 川口 浩一

Proceedings of 2009 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '09) (CD-ROM), p.9419_1 - 9419_10, 2009/05

FaCTプロジェクトで開発中のFBRと関連燃料サイクル施設への典型的な移行シナリオに関して、予備的な包括評価を実施した。各施設における物質の組成評価や廃棄物発生量評価に加え、長期的な経済性を把握するために22世紀までのキャッシュフローと平均発電原価を試算した。廃棄物発生量とキャッシュフローのピークが数か所で見られたが、発電所と軽水炉使用済燃料の再処理施設の廃止と建設が原因であった。さらに、異なる増殖比,共用の再処理施設,MA(Am-Cm)リサイクルの有無に着目した比較を試みた。例えば、増殖比については、導入期の最適な炉心として増殖比1.1から1.2の間で検討されることは合理的であるとの暫定的な結論が得られた。

論文

Conceptual study of measures against heat generation for TRU fuel fabrication system

川口 浩一; 滑川 卓志

Proceedings of International Conference on Advanced Nuclear Fuel Cycles and Systems (Global 2007) (CD-ROM), p.290 - 295, 2007/09

環境負荷低減を目的にマイナーアクチニド(MA)を炉内で燃焼させるTRU燃料は、含有するMAの崩壊熱により、高い発熱を示す。簡素化ペレット法燃料製造システムにおいては、原料粉末やペレットの酸化,被覆管の酸化等の影響が懸念される。発熱量20W/kgHM程度の燃料を扱う燃料製造システムにおける除熱対策の概念検討を行い、粉末容器,O/M調整炉,燃料要素バンドルについて熱流動解析によって対策の有効性を確認した。

論文

簡素化ペレット法燃料製造システムに関する研究開発

川口 浩一

第4回再処理リサイクルセミナーテキスト, P. 147, 2006/05

簡素化ペレット法燃料製造システムは、湿式再処理製品のPu富化度調整済み溶液を出発物質に、脱硝・転換により混合酸化物(MOX)粉末を生成し、ペレットに成型・焼結した後、被覆管に充填し燃料集合体に組上げる燃料製造システムである。セル内での燃料の量産においては、燃料微粉末の発生・飛散を低く抑えることが重要である。燃料微粉末の飛散は、在庫差(MUF)の増大,燃料の予期せぬ集積による臨界のおそれ、機器への付着による故障、保守補修時の被ばく増大、廃棄物の放射能増大などの要因となる。本システムでは、従来法によるペレット燃料製造に比べて、燃料微粉末の発生・飛散の源となる粉末混合工程を削除している。また特に燃料微粉末が発生・飛散しやすい機器に対しては、フードによる閉じ込めと集塵機による回収により、セル内空間への燃料粉末の飛散を防ぐ設計としている。また、本システムに対応する要素技術開発の取り組みとして、燃料粉の流動性向上による金型への粉末充填率向上,ダイ潤滑成型技術の開発,低除染MA含有MOXの焼結技術開発,燃料ペレットの遠隔製造技術の開発を行っている。

論文

Conceptual design study and evaluation of advanced fuel fabrication systems in the feasibility study on commercialized FR fuel cycle in Japan

滑川 卓志; 川口 浩一; 小池 和宏; 原口 信吾; 石井 暁

Proceedings of International Conference on Nuclear Energy System for Future Generation and Global Sustainability (GLOBAL 2005) (CD-ROM), 6 Pages, 2005/10

実用化戦略調査研究における低除染TRU燃料製造システムについてプラント概念を構築し、システム評価を実施した。簡素化ペレット法は従来法の実績経験を有するため早期の実用化が期待される。ゲル化法は溶液及び顆粒として物質取扱するため微粉飛散が少ない利点がある一方、多量の工程廃液処理によるコスト増大が課題である。射出鋳造法は小規模施設での経済性に優れるが、TRU金属合金スラグ製造性の立証を要する。窒化物燃料に関しては、N-15回収再利用に関する技術開発が必要である。特に、被覆粒子燃料製造においては、コーティング及び集合体形成プロセスで更なる技術開発が求められている。

論文

Design study and evaluaion of advanced fuel fabrication systems for FBR fuel cycle

川口 浩一; 滑川 卓志; 鈴木 嘉浩; 原口 信吾*

Proceedings of 13th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-13) (CD-ROM), 7 Pages, 2005/05

LWRからFBR燃料サイクルへの転換期の小規模製造システムについて、先進FBR燃料製造システムの概念設計研究を行った。50tHM/年の小規模では、乾式製造システムは湿式に比べ廃棄物発生量が多くなるが、より優れたコストパフォーマンスを有している。

報告書

高速増殖炉サイクルの実用化戦略調査研究フェーズII中間報告 -燃料サイクルシステム技術検討書-

佐藤 浩司; 駒 義和; 井上 明; 米澤 重晃; 高田 岳; 中林 弘樹; 滑川 卓志; 川口 浩一

JNC-TN9400 2004-036, 1051 Pages, 2004/06

JNC-TN9400-2004-036.pdf:90.95MB

燃料サイクルシステム(再処理と燃料製造の組み合わせ)について、革新技術等を導入して経済性向上を図るとともに、各技術の特長を活用し低除染超ウラン元素(TRU)リサイクルによる環境負荷低減、資源の有効利用、核拡散抵抗性向上等を図ったプラント概念を構築した。経済性については、大型施設として暫定的に設定した200tHM/y処理規模の場合では、いずれの組み合わせケースにおいても燃料サイクル費(再処理費と燃料製造費の合計)の要求値である0.8円/kWhを満足した。一方、小型施設として暫定的に設定した50tHM/y処理規模の場合、経済重視型炉心では、径方向ブランケット燃料削除による平均燃焼度の向上がサイクル費の低減に寄与し概ね要求値を満足した。

論文

Advanced Fuel Fabrication System Concepts Using Advanced-Aqueous-Reprocessing Product (full paper)

田中 健哉; 川口 浩一; 小池 和宏

GLOBAL2003, 0 Pages, 2003/00

FBRサイクル実用化戦略調査研究フェーズIIにおける燃料製造システムの概念設計研究では、セル内製造における信頼性及び保守補修性を有した主要機器の構造を検討してきた。先進湿式再処理対応の簡素化ペレット法及び振動充填法(スフェアパック)について、ピン製造工程における経済性及び放射性廃棄物発生量の観点からシステムの特徴を比較した。

論文

Utilization of valuable metals from high level waste; Decomposition of water using semiconductor photocatalytic method induced by $$gamma$$ ray

明珍 宗孝; 川口 浩一; 和田 幸男

Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol.353, p.1301 - 1305, 1995/00

使用済燃料の再処理工程で生じる不溶解残渣から白金族元素等の有用元素を回収し、利用するための研究開発を実施している。このうち利用技術研究に関しては、白金族元素の触媒特性に着目し、半導体微粒子と組み合わせて水分解-水素製造放射線触媒として利用することを検討している。本研究では水に触媒(Ru-TiO2及びZrO2)を懸濁させた系に対して外部線源を用いたガンマ線照射を行ったときの水素生成の効率を評価した。その結果、通常の光を励起源とした場合に比べ2$$sim$$7倍の高い効率が得られることがわかり、放射線触媒による水分解水素製造の原理実証を達成することができた。

論文

Decomposition of water and production of H$$_{2}$$ using semiconductor-photocatalytic effect induced by $$gamma$$ ray from high radioactive waste

和田 幸男; 川口 浩一; 明珍 宗孝

Progress in Nuclear Energy, 29(Suppl.), p.251 - 256, 1995/00

使用済燃料中の有用元素と放射線の利用は、核分裂エネルギーの広義な面での利用ということで、将来の原子力にとって、重要な命題である。我々は、5-6年前からこの課題に取り組み、白金族元素の回収に係わる基礎研究を実施してきた。このなかで、回収される白金族元素の中には、Ruのような高放射性白金族元素があり、この特異な物質の利用技術をこれまで研究してきた。本報告は、半導体微粒子に白金族元素を担持し、これに放射線を照射することにより、発生するe$$^{-}$$-h$$^{+}$$ペアの酸化還元反応による、水分解-水素製造の基礎研究である。今までに得られたこの研究成果として、一般に行われている従来研究の光一半導体触媒、水分解研究に比べ、10-100倍程度の大きな収率効果を得た。そこでその詳細について報告する。

報告書

半導体触媒を利用した放射線による水素生成基礎試験,1; 研究背景、原理及び大線量照射実験結果

明珍 宗孝; 川口 浩一; 和田 幸男

PNC-TN8410 94-246, 33 Pages, 1994/07

PNC-TN8410-94-246.pdf:1.56MB

近年、クリーンな燃料として水素を用いるシステムの検討が盛んに行われている。水素エネルギーシステムを構築するためには安価に大量の水素を得ることが必須条件であり、従来法に替わる革新的な水素製造法の開発が期待されている。中でも半導体触媒を可視光によって励起したときに生成する電子を水分解反応に利用し水素発生させる方法については、多くの研究が行われている。一方、動燃事業団においては使用済燃料に含まれる白金族元素等の有用金属を回収し利用する技術の研究を実施しており、この中で回収有用金属の利用技術研究のひとつとして半導体微粒子と放射性白金族元素とを組み合わせた触媒(半導体-放射線触媒)による水素製造に関する検討を行っている。半導体触媒を用いて放射線により水分解を行い水素を生成させる方法について基礎的な試験を実施し、水素生成の効率等について調べた。酸化チタンにルテニウムを担持した触媒及び酸化ジルコニウム触媒を水に懸濁しCo-60$$gamma$$線源により照射実験を行った結果、メタノールを添加した系において水素生成のG値は水の場合の1000倍以上の高い値が得られ、みかけの反応効率は100$$sim$$250%となった。実験により得られた水素発生速度より、1GWの軽水炉の使用済燃料中Cs-137の$$gamma$$線により製造できる水素量を試算すると1時間当り460リットル程度となる。

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