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論文

Fabrication and short-term irradiation behaviour of Am-bearing MOX fuels

木原 義之; 田中 康介; 小山 真一; 吉持 宏; 関 崇行; 勝山 幸三

NEA/NSC/R(2017)3, p.341 - 350, 2017/11

MOX燃料の照射挙動におよぼすAm添加の影響を確認するため、高速実験炉「常陽」において照射試験(Am-1)を実施している。Am-1は短期照射試験と定常照射試験からなり、短期照射試験とその照射後試験は終了している。本報告では、照射燃料試験施設(AGF)で実施したAm-1用のAm-MOX燃料における遠隔製造の詳細な条件を述べるとともに、10分間及び24時間照射Am-MOX燃料の非破壊及び破壊照射後試験結果について紹介する。

論文

Development of advanced PIE technique for fuel debris using X-Ray computer tomography

勝山 幸三; 石見 明洋; 田中 康介; 木原 義之

Proceedings of 53rd Annual Meeting of Hot Laboratories and Remote Handling Working Group (HOTLAB 2016) (Internet), 5 Pages, 2016/11

燃料デブリの性状を把握するための分析技術開発の一環として、これまで高速炉燃料集合体の非破壊検査技術として開発してきたX線CT検査技術を燃料デブリの分析に適用するための技術開発に着手した。本報告では、実燃料デブリ分析への適用性を確認するために実施した模擬デブリ試料を用いたX線CT試験結果について報告する。試験の結果、燃料デブリ内の燃料部位の形状や位置が把握でき、さらに臨界評価等で重要となる空隙部の形状等も非破壊により把握できる見通しを得た。

論文

Fuel performance of hollow pellets for fast breeder reactors

石見 明洋; 勝山 幸三; 木原 義之; 古屋 廣高*

Journal of Nuclear Science and Technology, 53(7), p.951 - 956, 2016/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:76.09(Nuclear Science & Technology)

常陽MK-II炉心にて照射された中空ペレットについて、X線CT検査等の照射後試験を実施した。X線CT検査の結果、燃料スタック中央部付近において中空径が製造時よりも小さくなることを確認した。また、X線CT検査結果より中空ペレットのスエリング率を評価し、金相写真より評価した結果とほぼ一致していることを確認した。さらに、中実ペレットに比べ高い線出力で照射された中空ペレットのスエリング率及びFPガス放出率は、中実ペレットと同等であることを確認した。

論文

Development of PRW welding technology for 9Cr-ODS cladding tube

関 正之; 木原 義之; 皆藤 威二; 塚田 竜也*; 本木 和彦*; 平子 一仁*

Proceedings of International Conference on Toward and Over the Fukushima Daiichi Accident (GLOBAL 2011) (CD-ROM), 5 Pages, 2011/12

原子力機構では、高速炉における集合体平均150GWd/tの燃焼度を達成するために、耐スエリング性と高温強度に優れた酸化物分散強化型被覆材(ODS鋼)の開発を進めている。ODS鋼の端栓溶接に際しては、従来のTIG溶接のような融接法では溶融部にポロシティーが生じて必要な溶接強度が得られないことから、固相溶接法の一つである加圧抵抗溶接法の開発を行っている。また、溶接部における残留応力の緩和のために溶接部熱処理装置及び溶接部の健全性確認のために超音波探傷装置の開発も合わせて実施している。本報告は、これら装置の特徴と溶接強度及び原子炉を用いた照射試験結果についてまとめて報告するものである。

論文

Development of pressing machine with a die wall lubrication system for the simplified MOX pellet fabrication method in the FaCT project

須藤 勝夫; 高野 龍雄; 武内 健太郎; 木原 義之; 加藤 正人

Proceedings of International Conference on Toward and Over the Fukushima Daiichi Accident (GLOBAL 2011) (CD-ROM), 5 Pages, 2011/12

原子力機構では、高速増殖炉サイクルの実用化研究開発において、MOX燃料製造プロセスの合理化を目的に、簡素化ペレット法に関する技術開発を行っている。簡素化ペレット法については、実験室規模の試験によりその技術的成立性を確認している。簡素化ペレット法の枢要技術の1つにダイ潤滑成型技術があり、ここでは、実験室規模の試験の次のステップとして、kgスケールでの簡素化ペレット法によるMOXペレット製造試験を行う目的で、ダイ潤滑機構を組み込んだ成型機を開発したので、その概要を報告する。

論文

Development of oxygen-to-metal ratio of MOX pellet adjustment technology for the simplified MOX pellet fabrication method in the FaCT project

高野 龍雄; 須藤 勝夫; 武内 健太郎; 木原 義之; 加藤 正人

Proceedings of International Conference on Toward and Over the Fukushima Daiichi Accident (GLOBAL 2011) (CD-ROM), 7 Pages, 2011/12

高速増殖炉サイクルの経済性を向上させるための重要な要求事項の一つに、MOX燃料の高燃焼度化が挙げられている。MOX燃料の高燃焼度化は燃料-被覆管の化学的相互作用(PCCI)を増大させるため、高燃焼度化を達成するにはPCCIの要因となる燃料ピン内の余剰酸素を抑制する必要がある。燃料ピン内の余剰酸素を抑制する方法として、MOXペレットの初期O/M比を下げる方法があり、O/M比1.97以下のMOXペレットの製造技術開発を進めている。MOXペレットのO/M比の調整技術は、FaCTプロジェクトにおいて実施している簡素化ペレット法の技術開発において、枢要技術の1つである。これまでのMOXペレットのO/M比の調整技術開発において、酸素ポテンシャル及び酸素相互拡散係数のデータを用いて理論的に熱処理中のO/M比の変化を推定する手法を開発した。これにより、目標とするO/M比のMOXペレットを得るための理論的な熱処理条件を設定することが可能となり、実験室規模($$sim$$数百g)のMOXペレットO/M比調整試験を実施した結果、本手法による熱処理後のO/M比の推定値とほぼ一致することを確認している。ここでは、実験室規模の次のステップとして、小規模(数kg)で目標とするO/M比のMOXペレットを得ることを目的に実施した技術開発の結果について報告する。

報告書

低密度MOX燃料製造におけるポアフォーマ特性試験

水野 峰雄; 芳賀 哲也; 須藤 勝夫; 武内 健太郎; 沖田 高敏; 木原 義之

JAEA-Technology 2011-009, 100 Pages, 2011/06

JAEA-Technology-2011-009.pdf:32.59MB

高速増殖原型炉もんじゅ用燃料ペレットは85%TDと低焼結体密度仕様であるため、製造には密度を降下させるためのポアフォーマ(以下、PFと略す)として、アビセルが使用されてきた。しかし、近年、アビセルの製造が中止されたため、代替材としてのPF候補材の特性を比較評価するための試験を実施した。下記に示した本試験の結果に基づき、セルフィアをアビセルの代替材に推奨した。(1)セルフィアを添加したペレットの焼結体密度のPF添加による密度降下率は、アビセルを添加したペレットとほぼ同一で、密度のばらつきはPF候補材の中で最も小さい。(2)ペレット外観観察における欠陥発生率は、PF候補材の中で最も低い。(3)セルフィアを添加したペレットのO/Mは、アビセル添加ペレットのO/Mと同等である。(4)ペレット縦断面金相観察におけるマイクロクラック発生の程度は、セルフィアがPF候補材の中で最も小さく、アビセル添加ペレットと同等である。(5)セルフィアを添加したペレットの焼しまり量はアビセル添加ペレットと同等である。上記のとおり、アビセルの代替材として推奨したセルフィアは、アビセル使用終了後のもんじゅ燃料製造に使用される予定である。

論文

Physical properties and irradiation behavior analysis of Np- and Am-bearing MOX fuels

加藤 正人; 前田 宏治; 小澤 隆之; 鹿志村 元明; 木原 義之

Journal of Nuclear Science and Technology, 48(4), p.646 - 653, 2011/04

高速炉リサイクルの実用化に向けてマイナーアクチニド含有MOX燃料の物性値と照射挙動が評価された。物性値は、マイナーアクチニド含有率や$$O$$/$$M$$比などをパラメータとして物性式を作成し、照射挙動評価に用いた。マイナーアクチニド含有MOX燃料は$$O$$/$$M$$比をパラメータとして、常陽で照射試験が行われ、照射後試験において、組織変化及びアクチニド元素の再分布挙動が評価された。物性式を用いて燃料の温度解析を行い、燃料は到達線出力430W/cmで、2680Kまで達したと評価された。

論文

Development of an advanced fabrication process for fast reactor MOX fuel pellets

加藤 正人; 瀬川 智臣; 武内 健太郎; 鹿志村 元明; 木原 義之

Proceedings of International Conference on Advanced Nuclear Fuel Cycle; Sustainable Options & Industrial Perspectives (Global 2009) (CD-ROM), p.2051 - 2058, 2009/09

原子力機構では、高速炉リサイクル技術(FaCTプロジェクト)の開発のために、マイナーアクチニド含有MOXの開発を進めている。その燃料は、最大5%のマイナーアクチニドを含有する低O/Mの均質燃料である。この燃料の製造技術を確立するために、原料粉末の熱特性と、酸化原料を用いたペレット調製及びO/M調製に関する研究を実施した。

論文

Innovative powder production and granulation for advanced MOX fuel fabrication

栗田 勉; 加藤 良幸; 吉元 勝起; 鈴木 政浩; 木原 義之; 藤井 寛一

Proceedings of International Conference on Advanced Nuclear Fuel Cycle; Sustainable Options & Industrial Perspectives (Global 2009) (CD-ROM), p.94 - 102, 2009/09

高度な混合酸化物燃料に関して、革新的なMOX粉末製造のために、マイクロ波脱硝に合うように特に設計された容器を、破砕、及び造粒に利用し、有機系潤滑剤や、工程間の粉末移送を使用しない新しい概念の製法を導入した。この概念を実現化させるために、2つの試みが試験された。(1)特別設計された3翼羽根は補助羽根と結合された。(2)ユニークな形状をした混合羽根は補助羽根と結合され、自動軌道の複合回転をする。造粒処理において、撹拌羽根は造粒の成長を促進させるが、補助羽根は過大な粒子を切ることで過度の成長を抑制させる。これらの造粒器は、添加剤として少量の水を使用する。その結果、純粋なWO$$_{3}$$モデル粉で顆粒の主な直径は、400$$sim$$1000ミクロン、流動性は82$$sim$$85が得られた。したがって、望ましい粉体物性と簡素な核物質製造の両方を満たし、運転効率改良とコスト低減の見通しが得られた。

論文

Flowability measurement of coarse particles using vibrating tube method

石井 克典; 鈴木 政浩; 山本 琢磨; 木原 義之; 加藤 良幸; 栗田 勉; 吉元 勝起; 安田 正俊*; 松坂 修二*

Journal of Chemical Engineering of Japan, 42(5), p.319 - 324, 2009/05

 被引用回数:7 パーセンタイル:63.65(Engineering, Chemical)

振動細管式流動性測定法のMOX粒子への適用性を評価するために、振動細管式流動性測定装置により、直径が大きな粒子の流動性測定試験を実施した。模擬粒子は直径が850ミクロン以下の非放射性のジルコニア粒子であり、5種類の異なる粒径のサンプルを準備した。また細管の排出口径としては2mmから4mmのものを使用した。細管の排出口径は流動性の測定特性に大きな影響を与えた。4mmの排出口径の細管を用いることにより、すべての粒子径の模擬粒子を測定することができた。細管の傾斜角度も流動性測定特性に影響を与えた。粒子の排出が開始される流動開始加速度、すなわち流動性の評価ファクターは、カーの流動性指数と相関がある。高感度,測定時間の短さ,操作の容易さ等の利点を考慮すると、振動細管法はMOX粒子の遠隔流動性測定への適用が期待される。

論文

The Phase state at high temperatures in the MOX-SiO$$_{2}$$ system

中道 晋哉; 加藤 正人; 砂押 剛雄*; 内田 哲平; 森本 恭一; 鹿志村 元明; 木原 義之

Journal of Nuclear Materials, 389(1), p.191 - 196, 2009/05

 被引用回数:2 パーセンタイル:78.16(Materials Science, Multidisciplinary)

「常陽」での短期照射試験後、燃料中心部の限定された領域で燃料製造時に不純物として混入するSiO$$_{2}$$の凝集が認められた。SiO$$_{2}$$を混合したMOXについて酸素分圧を変えて1700$$^{circ}$$C, 2000$$^{circ}$$C, 2400$$^{circ}$$Cの温度で熱処理を行った。低酸素分圧下で熱処理した試料において、MOXの粒界にPu, Am及びSiの化合物の形成が観察され、特に2400$$^{circ}$$Cで熱処理した場合において、その傾向が顕著となった。

論文

Application of microwave heating to MOX fuel production and its contribution to Japanese energy strategy

鈴木 政浩; 石井 克典; 山本 琢磨; 木原 義之; 加藤 良幸; 栗田 勉; 吉元 勝起; 藤井 寛一

Proceedings of Global Congress on Microwave Energy Applications (GCMEA 2008/MAJIC 1st), p.501 - 504, 2008/08

天然資源の乏しい日本において、エネルギー開発を着実に進めることは非常に重要である。石油やウラン資源なども枯渇する心配がある今日、原子力の位置づけが非常に高まっており、FBR開発こそが日本のエネルギー問題を解決する手段である。そのために、マイクロ波加熱の技術を利用し、再処理溶液を脱硝転換することでMOX原料が製造される。現在までに混合転換によりPuO$$_{2}$$/UO$$_{2}$$の良品の粉末を2kgMOX/batch規模で実証してきた。今後、量産化開発として1バッチで5kgU/hを目指した研究開発を進める。

論文

簡素化ペレット法MOX原料粉末の流動性評価への振動細管法の適用性検討

石井 克典; 鈴木 政浩; 山本 琢磨; 木原 義之; 安田 正俊*; 松坂 修二*

粉体工学会誌, 45(5), p.290 - 296, 2008/05

ペレット燃料製造に用いるMOX粒子の流動性評価への、振動細管法の適用性評価試験を実施した。本実験では、数百ミクロンの直径のジルコニア粒子を模擬粒子として使用した。サンプルとなる粒子は、異なる粒子径,異なる形状を有する粒子を混合して準備した。実験の結果、微細粒子を除去することは、粒子表面の機械的処理よりも、流動性の向上に有益であることがわかった。さらに、振動細管法は、Carrの流動性指数による方法と比較して、粒子流動性の違いを、より簡便かつ容易に識別できることがわかった。

論文

Vibro-packing experiment of non-spherical uranium dioxide particles with spherical metallic uranium particles

松山 慎一郎*; 石井 克典; 平井 睦*; 坪井 靖*; 木原 義之

Journal of Nuclear Science and Technology, 44(3), p.317 - 322, 2007/03

 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

原子力機構では、FBR燃料サイクル実用化戦略調査研究の一環としてバイパック燃料の開発を進めてきた。本研究は充填中における粒子の挙動と最終的な充填状態を調べることを目的として実施したもので、酸化物燃料粒子と酸素ゲッター粒子の模擬材としてそれぞれ非球形のUO$$_{2}$$粒子と球状の金属ウラン粒子を用いた。試験の結果、酸素ゲッター粒子を燃料中に均一に分散させるためには、各サイズの酸化物粒子を偏析させることなく均一に被覆管に充填することが重要であることがわかった。定量フィーダを用いた同時充填法は、酸素ゲッター粒子を添加したバイパック充填法として有用であることが確認された。

論文

FUJI, an initial sintering comparison test for pelletized-, sphere-pac- and vipac-fast breeder reactor mixed oxide fuel

Bart, G.*; Bakker, K.*; Hellwig, C.*; 木原 義之; 小澤 隆之; Wallin, H.*; 重留 義明

Journal of Nuclear Science and Technology, 44(3), p.329 - 336, 2007/03

 被引用回数:4 パーセンタイル:63.21(Nuclear Science & Technology)

日本原子力研究開発機構がPaul Scherrer Institute(PSI,スイス)及びNuclear Research and Consultancy Group(NRG,オランダ)と実施したFUJI共同研究では、20%のPuO$$_{2}$$,5%NpO$$_{2}$$の組成の混合酸化物燃料を、スフェアパック燃料,バイパック燃料,ペレット燃料の3つの形態で製造し、照射初期の組織変化挙動と溶融限界評価を行った。これらの燃料ピンは旧JNCの協力の下でPSIが製造したもので、オランダのHigh Flux Reactor(HFR)において照射及び照射後試験を実施した。照射挙動にかかわるモデリングはPSIと旧JNCが実施した。本論文は共同研究にかかわる計画立案,照射挙動にかかわる予備評価及び照射燃料ピン製造の経過についてまとめたものである。

報告書

外部ゲル化法による燃料粒子製造技術開発

冨田 豊; 森平 正之; 田巻 喜久*; 西村 一久*; 庄司 修一*; 木原 義之; 加瀬 健; 小泉 務

JAEA-Research 2006-088, 95 Pages, 2007/01

JAEA-Research-2006-088.pdf:23.02MB

日本原子力研究開発機構では、高速増殖炉サイクルの実用化戦略調査研究において、低除染TRU燃料の有望な候補の一つとして外部ゲル化法による燃料粒子製造技術開発を実施した。フェーズIIでは大径粒子の製造条件の最適化,アンモニア廃ガス処理の軽減を目的とした外部ゲル化法の改良方法の検討及び低除染燃料特有の核分裂生成物の影響について検討した。その結果、振動充填燃料に適した大径粒子の製造条件を把握及び改良型の外部ゲル化法の適用性の可能性を見いだした。さらに、核分裂生成物は粒子製造に悪影響を与えないことを確認するとともに原料液の耐放射線性についてのデータを取得した。これらの結果より、低除染湿式再処理対応の振動充填燃料用燃料粒子製造に外部ゲル化法が適応できる技術的な見通しを得た。

報告書

振動充填燃料開発に関するスイスPSI・オランダNRGとの共同研究成果報告書,2; 照射試験及び照射後試験(共同研究)

中村 雅弘; 小澤 隆之; 森平 正之; 木原 義之

JAEA-Research 2006-028, 146 Pages, 2006/03

JAEA-Research-2006-028.pdf:37.95MB

核燃料サイクル開発機構(現、日本原子力研究開発機構)では、動力炉・核燃料開発事業団時代の1996(平成8)年より2005(平成17)年まで、スイスPSI(Paul Scherrer Institut)及びオランダのNRG(Nuclear Research and Consultancy Group)との間で「振動充填燃料開発に関する共同研究」を実施した。これは、スフェアパック燃料(球状粒子充填燃料)について、ペレット燃料,バイパック燃料(非球形粒子充填燃料)とともに、オランダのHFR(High Flux Reactor)において比較照射を行う共同研究プロジェクトである。5%Np-MOXスフェアパック燃料を含む合計16セグメント(燃料ピン8本)の照射試験の結果、燃料の破損は発生しなかった。スフェアパック燃料の組織変化は、照射初期に急速に進み、48時間の定常照射により、中心空孔の形成はほぼ完了していた。溶融限界線出力試験の結果、HFRの条件下におけるスフェアパック燃料の溶融限界線出力は60kW/m、ペレット燃料の溶融限界線出力は73kW/mと評価した。バイパック燃料及びNp含有MOXスフェアパック燃料の照射挙動は、MOXスフェアパック燃料と大きな差違は見られなかった。しかしながら、組織変化試験におけるNp含有MOXスフェアパック燃料の中心空孔径はMOXスフェアパック燃料のそれよりも大きく、Np含有MOX燃料はMOX燃料と比較して熱伝導度が小さいことが考えられる。

論文

PIE results of comparative irradiation tests in HFR for sphere-pac fuel, pellet fuel and vipac fuel

森平 正之; Hellwig, C.*; Bakker, J.*; 中村 雅弘; 小澤 隆之; Bart, G.*; 木原 義之

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

サイクル機構がスイスPSIおよびオランダNRGとの間で進めてきたオランダのHFRにおけるスフェアパック燃料(SPF)、ペレット燃料、バイパック燃料(VPF)の比較照射試験の結果について報告する。本照射試験は、溶融限界線出力データを含むSPFの照射初期における熱的挙動データを採取し、FSにおけるSPFの性能評価と設計コードの検証に資することを目的として実施したSPF、ペレット燃料、VPFの比較照射試験であり、うち2本のSPFは5%Npを添加したものである。

論文

Fuel microsphere fabrication tests for sphere-pac fuel by the external gelation process

冨田 豊; 森平 正之; 木原 義之; 田巻 喜久*

Proceedings of International Conference on Nuclear Energy System for Future Generation and Global Sustainability (GLOBAL 2005) (CD-ROM), 4 Pages, 2005/10

高い経済性と環境負荷低減がFBRサイクルに求められている。スフェアパック燃料は、遠隔自動化が可能、製造工程で微粉末が発生しない、コスト低減が可能である、などの利点を持つために有望な燃料と考えられている。このため、サイクル機構では外部ゲル化法によるスフェアパック燃料製造の開発を行っている。この報告では、外部ゲル化法による粒子製造試験について報告する。

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