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報告書

Na冷却小型炉のシステム設計研究; 平成15年度の研究成果のまとめ

近澤 佳隆; 堀 徹; 木田 正則; 此村 守

JNC TY9400 2004-029, 280 Pages, 2004/11

JNC-TY9400-2004-029.pdf:13.44MB

実用化戦略調査研究の一環として、都市近郊設置型の電源を想定したナトリウム冷却小型炉の概念検討を実施した。原子炉構造および主冷却系構成をパラメータとしてプラント概念案のサーベイ検討を実施し中間熱交換器・電磁ポンプ直列配置タンク型炉を選定した。炉心コンパクト化および中間熱交換器と電磁ポンプの直列配置による原子炉容器構造の簡素化を中心に検討を実施した。炉心型式はZr含有率3領域単一Pu富化度炉心を採用して炉心出口温度を摂氏510度から摂氏550度に上昇した。この効果により熱効率が向上し原子炉電気出力は150MWeから165MWeに向上した。建設単価の評価では、都市近郊設置型電源の建設単価目標として35万円/kWeを設定したが、本概念は初号基建設単価(FOAK)は目標の160.1%となった。ただし、複数基の建設を前提とした建設単価(NOAK)では85.6%となり目標を達成する可能性があることが示された。

報告書

3次元免震構造に関する研究(平成15年度共同研究報告書)

森下 正樹; 北村 誠司; 高橋 健司; 井上 和彦; 木田 正則; 毛呂 聡*; 加藤 朝郎*; 伏見 実*

JNC TY9400 2004-028, 921 Pages, 2004/11

核燃料サイクル開発機構(JNC)と日本原子力発電(原電)では、安全性と経済性に優れた実用高速炉プラント概念の構築を目的として「高速増殖炉サイクル実用化戦略調査研究」を実施している。ここでは、高温構造設計の高度化、新材料の採用、ならびに3次元免震が経済性向上のためのシステム改善方策の枢要技術として挙げられている。そこで、JNCと原電は、平成12年度より、高温構造設計手法高度化と3次元免震開発に関する共同研究を開始した。本報告書はそのうち、3次元免震開発に関する平成15年度の成果をとりまとめたものである。なお、本成果のなかには、原電が経済産業省より受託し、JNCがその実施に協力した、「発電用新型炉技術確証誠験」の成果が含まれている。本研究は、その内容を(1)開発計画の検討、(2)建屋3次元免震の検討、及び(3)機器上下免震の検討、の3つのスコープに整理して進めた。本年度の成果を要約すると、以下のとおりである。(1)開発計画の検討3次元免震(装置)に対する性能要求の検討新たな観点からの3次元免震装置への性能要求の検討として、「免震装置に支持された建屋」並びに「風荷重時の居住性」について検討した。その結果、前者の検討では、水平免震方式の建屋とほぼ同様の設計が可能であること、また後者の検討では、免震建屋内の運転員への影響はないことを確認した。3次元免震(装置)の開発目標ならびに開発計画の検討 建屋全体3次元免震装置の開発候補を絞り込むための、「評価項目とクライテリアの具体化」、並びに「3次元免震技術指針(骨子)」の検討を行った。「評価項目とクライテリアの具体化」では、平成14年度の成果をもとに、装置開発側へ要求する項目の詳細内容、具体化の検討を行った。また、3次元免震技術指針(骨子)については、装置開発状況を睨みつつ、既存の水平免震指針からの変更内容や指針化するにあたっての懸案等について検討を行った。(2)建屋3次元免震の検討 平成13年度に抽出された有望概念3案(「油圧機構を用いた3次元免震システム」、「ケーブル補強マッシュルーム型空気ばね3次元免震装置」、「ローリングシール型空気ばね方式3次元免震装置」)について性能試験を実施するとともに、新型炉プラント実機への適用性について検討を行い、今後開発を継続する候補既念(「ローリングシール型空気ばね方式3次元免震装

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; 原子炉プラントシステム技術検討書

此村 守; 小川 隆; 岡野 靖; 山口 浩之; 村上 勤; 高木 直行; 西口 洋平; 杉野 和輝; 永沼 正行; 菱田 正彦; et al.

JNC TN9400 2004-035, 2071 Pages, 2004/06

JNC-TN9400-2004-035.pdf:76.42MB

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及び水冷却炉について、革新技術を導入し炉型の特徴を活かした炉システム概念を構築し、その概念の成立の見通しを得るための検討を行うとともに、設計要求への適合性を評価した。その結果、2015年頃に高速増殖炉技術を実用化するためには、現状の知見で課題とされた項目で画期的な技術革新がないかぎり、ナトリウムを冷却材して選択することが合理的であることが明らかとなった。

報告書

Na小型炉のシステム設計研究; 平成14年度研究成果のまとめ

堀 徹; 近澤 佳隆; 木田 正則; 此村 守

JNC TY9400 2003-013, 314 Pages, 2003/08

JNC-TY9400-2003-013.pdf:21.54MB

高速炉実用化戦略調査研究(フェーズII)では、分散電源や電源以外の多目的利用を幅広く想定して、経済性、安全性、長寿命炉心などの要求条件を満足する小型炉概念を提示する計画である。このうち、平成14年度には、反応度制御方式(反射体制御、または、制御棒制御)、冷却材循環方式(強制循環、または、自然循環)など概念の絞込みのポイントとなる技術課題の検討を行うとともに、固有の安全特性および受動的安全性を重視して、出力150MWeで、反射体制御・強制循環方式、制御棒制御・強制循環方式、制御棒制御・自然循環方式の合計3種類のナトリウム冷却小型炉概念を構築して、今後の方向性を検討した。上記いずれの小型炉概念も、安全性(ATWS時にもSASSなしで高温静定)および長寿命炉心(10年)に係る要求条件を達成可能な見通しである。経済性について、固有の安全特性および受動的安全性を重視した扁平炉心の採用や、電磁ポンプのオフセット配置に伴う上方の原子炉容器径の増加により、原子炉容器内物量が大きく、建設単価の目標値(35万円/kWe)を満足できない。ただし、強制循環方式では、冷却材温度係数の緩和などによる炉心のコンパクト化や、電磁ポンプの設置位置を工夫すれば、建設単価の低減が可能で、上記の目標値を達成できると考えられる。反応度制御方式について、原子炉容器径の縮小、ATWS時の制御棒・炉心相対変位反応度の有効利用、反射体制御方式の有する研究開発ハードルの高さを考慮することにより、長寿命対応の課題を有するが、出力150MWeの条件では、制御棒制御方式の採用が望ましい。 また、電磁ポンプは、万一の故障時にのみ炉外取出しが可能であれば良く、経済性を大きく犠牲にして電磁ポンプ単独取出しを追求する必要性は小さいことを示した。 以上より、今後、制御棒制御・強制循環方式による原子炉容器のコンパクト化や、炉心出口温度の高温化に係る検討を行い、高速炉の特徴と考えられる「長期燃料無交換」、「運転・保守補修の簡素化」、「多目的利用」を積極的にアピールした魅力的な小型炉概念を提案することとした。

報告書

3次元免震構造に関する研究(平成14年度共同研究報告書)

森下 正樹; 北村 誠司; 井上 和彦; 木田 正則; 毛呂 達; 加藤 朝朗; 伏見 実*

JNC TY9400 2003-009, 682 Pages, 2003/05

JNC-TY9400-2003-009.pdf:35.1MB

核燃料サイクル開発機構(JNC)と日本原子力発電(原電)では、安全性と経済性に優れた実用高速炉プラント概念の構築を目的として「高速増殖炉サイクル実用化戦略調査研究」を実施している。ここでは、高温構造設計の高度化、新材料の採用、ならびに3次元免震が経済性向上のためのシステム改善方策の枢要技術として挙げられている。そこで、JNCと原電は、平成12年度より、高温構造設計手法高度化と3次元免震開発に関する共同研究を開始した。本報告書はそのうち、3次元免震開発に関する平成14年度の成果をとりまとめたものである。なお、本成果のなかには、原電が経済産業省より受託し、JNCがその実施に協力した、「発電用新型炉技術確証試験」の成果が含まれている。本研究は、その内容を(1) 開発計画の検討、 (2) 建屋3次元免震の検討、及び(3) 機器上下免震の検討、の3つのスコープに整理して進めた。本年度の成果を要約すると、以下のとおりである。

報告書

被覆粒子燃料ヘリウムガス冷却高速増殖炉の検討

木曽 芳広; 三枝 利家; 木田 正則; 此村 守; 永沼 正行; 水野 朋保; 林 秀行

JNC TN9400 2001-073, 414 Pages, 2001/06

JNC-TN9400-2001-073.pdf:10.15MB

FBRサイクルの実用化戦略調査研究は、平成11年度から12年度までの検討フェーズ(フェーズ1)において、軽水炉システムと比肩する経済的競争力を有する可能性があると考えられる複数のFBRサイクルの候補概念のうち、ガス炉システムについて、1)ピン型燃料炭酸ガス炉、2)ピン型炉燃料ヘリウムガス炉 (蒸気発電、ガスタービン発電)、3)被覆粒子燃料ヘリウムガス炉の各概念の予備検討を実施した。本報告書は、被覆粒子燃料ヘリウムガス炉について、平成12年3月までの検討状況をまとめたものである。被覆粒子燃料ヘリウムガス炉は、被覆粒子燃料、耐熱材料による高温化で、高効率の直接ガスタービン発電を可能とし、高温化と負のドップラー効果、自然循環冷却により炉心溶融回避を目指し、 CDA対策を必要とせず、モジュール化、ツインユニット化等の合理的なプラント設計で安全性と経済性を追求した概念である。検討の結果、炉心性能は十分なものではないが、安全性は立つ性される見通しが得られた。また、経済性は、目標値よりわずかに高い程度であり、目標達成の可能性がある。なお、特に、被覆粒子燃料、燃料集合体についてはさらなる検討が必要である。

論文

Feasibility Studies on Commercialized Fast Breeder Reactor System (2)Gas -Cooled High Temperature FBR

木曽 芳広; 小林 順; 木田 正則; 一宮 正和

Transactions of 16th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT-16), 534 Pages, 2001/00

JNCと電力各社とは、1997年7月より、協力して実用化戦略調査研究を実施している。その研究では、Na、重金属、ガス冷却炉等の、いろいろな型の高速増殖炉の予備設計概念が検討され、評価されている。ガス炉では、炭酸ガス冷却材、ヘリウム冷却材、水蒸気発電サイクル、ガスタ-ビン発電サイクル、ピン型燃料、被覆粒子型燃料の可能な組み合わせについて、先進的な技術を取り入れて予備設計概念が検討された。ガス冷却高速増殖炉予備設計概念の一つであるガスタ-ビンを利用した高温高速増殖炉概念は、高温の出入口温度(850$$^{circ}C$$/460$$^{circ}C$$)とガスタ-ビンサイクルによって、高プラントサイクル効率(47%)を達成している。また、ガスタ-ビン高速増殖炉は、主にその低出力密度(30MW/m3乗)によって、炉心溶融のない安全設計概念を達成している。減圧事故時にスクラムに失敗するような仮想的な苛酷事故時にも、受動的炉停止装置と自然循環によって炉

論文

各種冷却材を有する高速増殖炉に関するプラント設計評価(1)及び(2)

木田 正則; 島川 佳郎; 川崎 信史; 堀 徹; 江沼 康弘; 神山 健司

サイクル機構技報, -(12), 19-54 Pages, 

実用化戦略調査研究フェ-ズIにおいて、ナトリウム、鉛ビスマス、炭酸ガス、ヘリウムガス、水、溶融塩を冷却材とする高速増殖炉のプラント設計を行った。設計目標は建設単価が20万円/kWeとなることと設定した。結果として、ナトリウム冷却炉ではこの目標を満たすことが可能であること、他の冷却材でも、まだ目標値よりはやや高いものの、一層の工夫でこの目標を満たす見通しのあることがわかった。

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