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論文

Comparative study on the thermal behavior of structural concretes of sodium-cooled fast reactor

菊地 晋; 古賀 信吉*; 山崎 淳司*

Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 137(4), p.1211 - 1224, 2019/08

本研究では、ナトリウム冷却高速炉構造コンクリートに類似した2種類のコンクリートを選定し、これらの熱的挙動の比較検討を実施した。室温から1900Kの温度範囲において、TG-DTAを用いた構造コンクリートの熱的挙動を検討した。コンクリートのセメント部の融解開始温度は1400から1600Kの温度範囲であることが分かった。また、CaCO$$_{3}$$とCa(OH)の存在比が異なる2種類のコンクリートのセメント部では、双方の融解温度の範囲に顕著な違いは見られなかった。一方、骨材の融解挙動は当初のシリカの含有量により直接影響を受けることが分かった。

論文

Thermal behavior of sodium hydroxide-structural concrete composition of sodium-cooled fast reactor

菊地 晋; 古賀 信吉*

Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 131(1), p.301 - 308, 2018/01

ナトリウム冷却高速炉の仮想的な事故条件下においては、漏えいナトリウムが鋼製ライナーを破損する恐れがある。そのような状況においては、構造コンクリートと液体ナトリウムが直接接触することによりナトリウム-コンクリート反応が発生する。本研究では、ナトリウム冷却高速炉の安全評価に資するため、ナトリウム-コンクリート反応の第2段階反応の一つとして、水酸化ナトリウム(NaOH)とシリカ(SiO$$_{2}$$)の反応について検討した。反応開始点等の反応に関する熱的挙動については、示差走査熱量計(DSC)を用いて定義した。DSC計測の結果、NaOH-SiO$$_{2}$$反応はNaOHの融点直後に急激に反応することが明らかになった。したがって、初期段階で発生したNaOHが有意な量存在する場合、ナトリウム-コンクリート反応の第2段階反応における時間帯にNaOH-SiO$$_{2}$$反応が支配的になることが推定された。

論文

Experimental study and kinetic analysis on sodium oxide-silica reaction

菊地 晋; 古賀 信吉*; 清野 裕; 大野 修司

Journal of Nuclear Science and Technology, 53(5), p.682 - 691, 2016/05

 被引用回数:2 パーセンタイル:57.25(Nuclear Science & Technology)

ナトリウム冷却高速炉において、万が一冷却材であるナトリウムが漏えいし、構造コンクリートを保護しているライナーをも破損させる過酷な事象を想定した場合、ナトリウムーコンクリート反応が生じる可能性がある。ナトリウムーコンクリート反応は、水素の発生、エネルギーの放出(発熱)、コンクリートの浸食を伴うため、これらの現象を理解することが重要である。本研究では、一連のナトリウムーコンクリート反応試験シリーズのうち、ナトリウム酸化物とシリカの反応性について着目した。ナトリウム酸化物とシリカの熱分析および化学分析により、前回の試験で確認したナトリウムとシリカの反応と比較して、かなり低い温度で反応が起こることを明らかにした。

論文

ナトリウム冷却高速炉の研究開発における熱分析の利用

菊地 晋; 古賀 信吉*

熱測定, 43(1), p.11 - 18, 2016/00

本報は、ナトリウム冷却高速炉の研究開発における熱分析の利用の一例として、ナトリウム-コンクリート反応挙動の検討例を解説したものである。

論文

Kinetic study on liquid sodium-silica reaction for safety assessment of sodium-cooled fast reactor

菊地 晋; 古賀 信吉*; 清野 裕; 大野 修司

Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 121(1), p.45 - 55, 2015/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:67.82(Thermodynamics)

本研究では、ナトリウム冷却高速炉において過酷な状態を想定した場合に発生するナトリウム-コンクリート反応現象に関して、シリカ系コンクリートの反応性を評価するためにNa-SiO$$_{2}$$反応の速度論的検討を行った。反応性を評価するために示差走査熱量計(DSC)に加え、反応中の試料状況を確認するためにビデスコープによる同時測定を行った。詳細な反応速度論解析より、最大の反応速度となる場合の速度論データが主要な反応段階であることが明らかになった。また、簡易的なKissinger法による評価した反応速度定数がNa-SiO$$_{2}$$反応の主要な反応段階の速度論を評価するのに有用であることが分かった。

口頭

ナトリウム-コンクリート反応機構に関する研究,2; シリカの反応性に関する検討

菊地 晋; 清野 裕; 大野 修司; 古賀 信吉*

no journal, , 

ナトリウム(Na)冷却高速炉のNa漏えい時の過酷事象の一つであるNa-コンクリート反応(SCR)の化学反応機構に関する解明研究を実施している。本報告ではコンクリート主成分であるシリカの反応性を熱分析により確認し、その結果から反応機構を検討した。

口頭

Thermal behavior of sodium hydroxide-structural concrete composition

菊地 晋; 古賀 信吉*; 清野 裕

no journal, , 

Na冷却高速炉の仮想事故条件では、漏えいした液体Naがライナを破損することが想定される。その結果、構造コンクリートと液体ナトリウムが直接接触することによりNa-コンクリート反応が生じる可能性がある。本研究では、Na-コンクリート反応において発生可能性の高いNaOH-SiO$$_{2}$$反応について、DSCとビデオスコープを用いた実験により反応性を検討した。実験結果から、NaOH融点直後に試料が突然噴き上がる現象が確認され、反応により生じた水が急速加熱されることにより試料を押し上げたものと推察された。また、速度論的な観点から、当該反応は他の反応よりも非常に速いことが分かった。さらに、化学分析の結果から、主要な成分としてケイ酸ナトリウムが検出され、反応による生成物であることを確認した。

口頭

Thermal behavior of liquid sodium-calcium carbonate reaction

菊地 晋; 古賀 信吉*

no journal, , 

Na冷却高速炉の仮想事故条件では、漏えいした液体Naがライナを破損することが想定される。その結果、構造コンクリートと液体ナトリウムが直接接触することによりNa-コンクリート反応が生じる可能性がある。本研究では、Na-コンクリート反応において発生可能性の高いNa-CaCO$$_{3}$$反応について、DSCを用いた実験により反応性を検討した。実験結果から、反応開始点が約726Kにあることが分かった。また、昇温速度の異なるDSCピークデータに基づき、Kissinger法を用いた速度論評価を実施した。この評価結果について、石灰岩系コンクリートと漏えいナトリウムの反応性に関する既往知見との比較検討を行った。

口頭

Kinetic analysis for the multistep thermal decomposition of structural concrete of sodium-cooled fast reactor; Perlite concrete

古賀 信吉*; 菊地 晋

no journal, , 

ナトリウム冷却高速炉の構造コンクリートでは、シリカ系とパーライト系の2種類のコンクリートが使用されている。仮想事故を考慮した場合、液体ナトリウムとコンクリートの反応挙動やコンクリートの熱的挙動は必要な情報である。本研究では、パーライトコンクリートの熱的挙動について熱分析により検討し、複雑な反応挙動について速度論的な特徴を明らかにした。

口頭

Thermal decomposition of siliceous concrete under elevating temperature

菊地 晋; 古賀 信吉*; 清野 裕

no journal, , 

Na冷却高速炉においてメルトスルーのような仮想事故条件では、超高温に加熱された燃料や金属を含む炉心溶融物が構造コンクリートと接触し、デブリ-コンクリート相互作用(MCCI)を引き起こす可能性がある。MCCIは構造コンクリートに極めて大きな熱的負荷を与え、コンクリートの浸食・分解をもたらす。本研究では、高速炉で使用されるシリカ系コンクリートの高温域での熱的挙動を解明するため、硬質砂岩系コンクリートのTG-DTA計測を実施した。その結果、シリカ系コンクリートの融解終息温度は1300$$sim$$1400$$^{circ}$$Cであることが分かった。

口頭

ナトリウム冷却高速炉におけるマルチレベル・シナリオシミュレーション技術開発,4; コードV&Vのための実験データベース構築

菊地 晋; 栗原 成計; 古賀 信吉*; 出口 祥啓*; 高田 孝; 大島 宏之

no journal, , 

ナトリウム冷却高速炉の安全基盤技術として、マルチレベル・シナリオシミュレーションシステムの開発を進めている。本報告では解析コードのV&Vに資するため、ナトリウム冷却高速炉の固有事象であり、安全評価上重要となるナトリウム燃焼とナトリウム-コンクリート反応に関する基礎試験計画とその検討状況について述べる。

口頭

Comparative kinetic study for the thermal decomposition of structural concretes used in the sodium-cooled fast reactor

古賀 信吉*; 菊地 晋

no journal, , 

ナトリウム冷却高速炉で使用される構造コンクリートの熱分解挙動の詳細を把握することは、原子力プラントの仮想事故条件下で想定される現象を再現する上で極めて重要である。本研究では、熱分析手法を用いて原子力プラントで使用されるシリカ系およびパーライトコンクリートの熱分解挙動を比較検討した。

口頭

ナトリウム冷却高速炉におけるマルチレベル・シナリオシミュレーション技術開発,1; シミュレーションシステム構築全体計画概要

大島 宏之; 高田 孝; 堂田 哲広; 菊地 晋; 古賀 信吉*; 出口 祥啓*

no journal, , 

ナトリウム冷却高速炉を対象に、現象解明や設計最適化、革新技術開発を支える安全基盤技術として、マルチレベル・マルチシナリオプラントシミュレーションシステムの構築を開始した。本報ではその研究開発全体概要を示す。

口頭

Kinetic study of liquid sodium-calcite reaction for safety assessment of sodium cooled fast reactor

菊地 晋; 古賀 信吉*

no journal, , 

ナトリウム冷却高速炉では、構造コンクリートを保護するライナが破損に至るような液体ナトリウムの漏えいが発生した場合、ナトリウム-コンクリート反応が発生する。高速炉構造コンクリートは主要な部位にシリカ系コンクリートが使用され、その表層に断熱・保護機能を持たせたパーライトコンクリートを敷設している。そのため、ナトリウム-コンクリート反応の初期段階におけるパーライトコンクリートとナトリウムの反応に着目する必要がある。本研究では、その第一段階として、ナトリウムと炭酸カルシウムとの反応を対象とした熱分析を実施した。熱的挙動および反応速度論的観点から、ペレットと粉末形状の2種類を用いてた試験を実施した。

口頭

Thermal decomposition of structural concretes used in the sodium-cooled fast reactor; Perlite and siliceous concretes

古賀 信吉*; 菊地 晋

no journal, , 

ナトリウム冷却高速炉で使用される構造コンクリートの熱分解挙動の詳細を把握することは、原子力プラントの仮想事故条件下で想定される現象を再現する上で極めて重要である。本研究では、ナトリウム冷却高速炉で使用されるシリカ系およびパーライトコンクリートの熱分解挙動を比較検討した。

口頭

ナトリウム冷却高速炉におけるマルチレベル・シナリオシミュレーション技術開発,9; ナトリウム-コンクリート反応基礎試験

菊地 晋; 古賀 信吉*; 栗原 成計; 高田 孝; 大島 宏之

no journal, , 

ナトリウム冷却高速炉の安全基盤技術として、マルチレベル・シナリオシミュレーションシステムの開発を進めている。本報告では解析コードのV&Vに資するため、ナトリウム冷却高速炉の固有事象であり、安全評価上重要となるNa-コンクリート反応に関する基礎試験の結果について述べる。

口頭

ナトリウム融液-炭酸カルシウム反応の速度論的挙動

古賀 信吉*; 菊地 晋

no journal, , 

ナトリウム冷却高速炉の仮想的過酷事故において発生する液体ナトリウムと構造コンクリートのモデル反応として、炭酸カルシウムと液体ナトリウムの反応について速度論的な検討を行った。当該反応はDSC曲線から650$$sim$$850Kの範囲において発生することが分かった。液体ナトリウムと粉末の炭酸カルシウムの反応においては、4つの発熱ピークが部分的に重なることが分かり、これらの多段階的な反応進行は、反応物の接触領域とその分布の変化が影響するものと考えられた。また、液体ナトリウムとペレット状の炭酸カルシウムを反応させた場合、1次元的に反応進行したと考えられる単一の発熱ピークを確認した。

口頭

Kinetic study of liquid sodium-calcium hydroxide reaction for safety assessment of sodium cooled fast reactor

菊地 晋; 古賀 信吉*

no journal, , 

ナトリウム冷却高速炉では、構造コンクリートを保護するライナが破損に至るような液体ナトリウムの漏えいが発生した場合、ナトリウム-コンクリート反応が発生する。高速炉構造コンクリートは主要な部位にシリカ系コンクリートが使用され、その表層に断熱・保護機能を持たせたパーライトコンクリートを敷設している。そのため、ナトリウム-コンクリート反応の初期段階におけるパーライトコンクリートとナトリウムの反応に着目する必要がある。本研究では、その第一段階として、ナトリウムと水酸化カルシウムとの反応を対象とした熱分析を実施した。

口頭

Kinetic deconvolution analysis applied to liquid sodium-calcium carbonate reaction

古賀 信吉*; 菊地 晋

no journal, , 

本研究では、ナトリウム冷却高速炉における過酷事故を想定した構造コンクリートとナトリウムの反応のモデル反応のひとつとして、NaとCaCO$$_{3}$$との反応について速度論的な評価を行った。CaCO$$_{3}$$について粉末とペレットの双方の形状におけるNaとの反応について、形態学的な観察とDSCの発熱ピークから、当該反応が650-850Kの温度範囲で発生することを確認した。CaCO$$_{3}$$粉末とNaとの反応においては、4つの発熱ピークが多段的に出現した。この多段ピークについて、速度論的な評価を実施した。

口頭

ナトリウム冷却高速炉におけるマルチレベル・シナリオシミュレーション技術開発,12-2; ナトリウム-コンクリート反応基礎試験

菊地 晋; 古賀 信吉*; 栗原 成計; 高田 孝; 大島 宏之

no journal, , 

ナトリウム冷却高速炉の安全基盤技術として、マルチレベル・シナリオシミュレーションシステムの開発を進めている。本報告では解析コードのV&Vに資するため、ナトリウム冷却高速炉の固有事象であり、安全評価上重要となるNa-コンクリート反応に関する基礎試験及び試験後分析の結果について述べる。

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