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論文

Criticality characteristics of fuel debris mixed by fuels with different burnups based on fuel loading pattern

渡邉 友章; 大久保 清志*; 荒木 祥平; 外池 幸太郎

Proceedings of 11th International Conference on Nuclear Criticality Safety (ICNC 2019) (Internet), 8 Pages, 2019/09

The fuel debris produced by the accident of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (1F) is probably in a state of mixture of burned fuels with different burnups each other. In such a case, the mixing ratio of burned fuels in fuel debris would affect its criticality. This report shows computation results of criticality characteristics of fuel-debris compositions prepared by mixing nuclide compositions of burned fuels in various patterns based on a fuel loading pattern. The results indicate that fuel debris is potentially subcritical when 1-cycle fuels, whose average burnup is several GWd/t, are included homogeneously in fuel debris because remaining $$^{155}$$Gd and $$^{157}$$Gd in 1-cycle fuels works to reduce neutron multiplication. The results also indicate that $$^{155,157}$$Gd/$$^{235}$$U ratio well characterize criticality of fuel debris.

論文

The Two-step nucleation of G-phase in ferrite

松川 義孝*; 武内 伴照; 鹿窪 勇太*; 鈴土 知明; 渡辺 英雄*; 阿部 弘亨*; 外山 健*; 永井 康介*

Acta Materialia, 116, p.104 - 113, 2016/09

 被引用回数:51 パーセンタイル:95.96(Materials Science, Multidisciplinary)

673Kで等温時効したフェライト相中のG相(Ni$$_{16}$$Si$$_{7}$$Mn$$_{6}$$)析出に関し、溶質原子クラスタが母材と結晶学的に区別可能となる成長段階を見出すため、アトムプローブトモグラフィ(APT)と透過電子顕微鏡法(TEM)を組み合わせた解析を行った。その結果、G相の形成は、まず自発的に溶質原子が集まって直径2.6nm程度の臨界サイズとなった後に、組成が変化し閾値にまで達するという複数の成長段階を経ることを明らかにした。また、電子回折パターンの計算機シミュレーション結果から、しきい値の組成はNi$$_{16}$$Si$$_{3.5}$$(Fe,Cr)$$_{3.5}$$Mn$$_{6}$$と見積もられることが分かった。

論文

Effects of thermal aging on microstructure and hardness of stainless steel weld-overlay claddings of nuclear reactor pressure vessels

武内 伴照; 鹿窪 勇太*; 松川 義孝*; 野沢 康子*; 外山 健*; 永井 康介*; 西山 裕孝; 勝山 仁哉; 山口 義仁; 鬼沢 邦雄; et al.

Journal of Nuclear Materials, 452(1-3), p.235 - 240, 2014/09

 被引用回数:30 パーセンタイル:95.06(Materials Science, Multidisciplinary)

400$$^{circ}$$Cにおいて100時間から10,000時間まで熱時効した原子炉圧力容器ステンレスオーバーレイクラッド鋼の微細組織と固さについて、アトムプローブ及びナノインデンテーション法を用いて調べた。$$delta$$フェライト相において、スピノーダル分解によるCrの濃度変調は100時間時効までに急速に進展する一方、NiSiMnクラスタは2,000時間時効で数密度が増加し10,000時間時効においては粗大化した。$$delta$$フェライト相の硬さは時効初期において急速に上昇し、NiSiMnクラスタの形成ではなくCr濃度変調の程度と良い相関にあった。これらの結果から、$$delta$$フェライト相の硬化の主因がスピノーダル分解によるCr濃度変調であることが示唆された。

論文

Effects of neutron irradiation on microstructures and hardness of stainless steel weld-overlay cladding of nuclear reactor pressure vessels

武内 伴照; 鹿窪 勇太*; 松川 義孝*; 野沢 康子*; 外山 健*; 永井 康介*; 西山 裕孝; 勝山 仁哉; 山口 義仁; 鬼沢 邦雄

Journal of Nuclear Materials, 449(1-3), p.273 - 276, 2014/06

 被引用回数:15 パーセンタイル:81.82(Materials Science, Multidisciplinary)

照射量7.2$$times$$10$$^{19}$$cm$$^{-2}$$(E$$>$$1MeV)、照射速度1.1$$times$$10$$^{13}$$cm$$^{-2}$$s$$^{-1}$$、照射温度290$$^{circ}$$Cで中性子照射した原子炉圧力容器ステンレスオーバーレイクラッドの微細組織変化と硬さを、アトムプローブ法及びナノインデンテーション法により測定し、硬化に対する微細組織の影響を調べた。照射材は、$$delta$$-フェライト相においてCrの濃度変調が増大するとともに、300$$^{circ}$$Cで照射時間と同じ時間の熱処理をした時効材では見られないようなSiの濃度変調の増大も観察された。一方で、硬さは照射材と時効材の両者とも増加したが、前者においてはCr濃度変調から予測されるよりもさらに大きく増加していた。この結果から、クラッド照射材の$$delta$$-相における硬化は、Crの濃度変調のみならずSi濃度変調や照射欠陥に由来することが示唆された。

論文

RBS study of disordering of Fe$$_{3-x}$$Mn$$_{x}$$Si/Ge(111) heteroepitaxial interfaces

野口 雄也*; 平田 智昭*; 川久保 雄基*; 鳴海 一雅; 境 誠司; 前田 佳均

Physica Status Solidi (C), 10(12), p.1732 - 1734, 2013/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.02

We have investigated thermal disordering and instability of Fe$$_{2}$$MnSi (FMS) (111)/Ge(111) heterointerfaces by Rutherford-backscattering spectrometry (RBS), and found pronounced degradation of axial orientation which appears as increase of the minimum yield of RBS when the FMS samples are annealed above 300$$^{circ}$$C. Analysis of interdiffusion at the heterointerface reveals that the disordering mainly comes from interdiffusion between Fe and Ge atoms. This situation is the same as that observed in off-stoichiometric Fe$$_{3}$$Si, ${it i.e.}$, Fe$$_{4}$$Si, but far from that in stoichiometric Fe$$_{3}$$Si.

論文

Ion beam analysis of quaternary Heusler alloy Co$$_{2}$$(Mn$$_{1-x}$$Fe$$_{x}$$)Si(111) epitaxially grown on Ge(111)

川久保 雄基*; 野口 雄也*; 平田 智昭*; 鳴海 一雅; 境 誠司; 山田 晋也*; 浜屋 宏平*; 宮尾 正信*; 前田 佳均

Physica Status Solidi (C), 10(12), p.1828 - 1831, 2013/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.02

We have investigated crystal quality of Co$$_{2}$$(Mn$$_{1-x}$$Fe$$_{x}$$)Si (CMFS) epitaxially grown on Ge(111) by using Rutherford-backscattering spectrometry and an axial-ion-channeling technique. It was found that the CMFS/Ge and Co$$_{2}$$FeSi (CMFS with x = 1)/Ge have larger static atomic displacement than Fe-based ternary Heusler alloy Fe$$_{2}$$MnSi and Fe$$_{2}$$CoSi/Ge(111). Quaternary alloys may be affected by increase of mixing entropy. Significant disordering at the interface of CMFS with x = 0.75 was found, and discussed on the basis of thermodynamics.

論文

Effect of neutron irradiation on the microstructure of the stainless steel electroslag weld overlay cladding of nuclear reactor pressure vessels

武内 伴照; 鹿窪 勇太*; 松川 義孝*; 野沢 康子*; 永井 康介*; 西山 裕孝; 勝山 仁哉; 鬼沢 邦雄; 鈴木 雅秀

Journal of Nuclear Materials, 443(1-3), p.266 - 273, 2013/11

 被引用回数:13 パーセンタイル:76.19(Materials Science, Multidisciplinary)

本研究では、約90%のオーステナイトと10%の$$delta$$フェライトの相分率である原子炉圧力容器オーバーレイクラッドについて、溶接後熱処理の後にJMTRにおいて290$$^{circ}$$Cで7.2 $$times$$ 10$$^{19}$$n/cm$$^{2}$$まで中性子照射をして、3次元アトムプローブ法でミクロ組織変化を観察し、元素濃度分布や析出状態を評価した。その結果、$$delta$$フェライト相では、照射によってCr及びSiの濃度揺らぎが上昇しており、新たにNi及びMnの濃度揺らぎが生じていた。オーステナイト相では、$$gamma$$'(Ni$$_{3}$$Si)様のクラスターが形成していた。一方、われわれが過去に行った400$$^{circ}$$C$$times$$10,000h時効材では、$$delta$$フェライト相でCrの濃度揺らぎが大きく上昇するとともにG相(Ni-Si-Mn)が形成していたが、オーステナイト相ではミクロ組織変化は観察されなかった。

論文

熱化学サイクルによる水素製造とアンモニア製造の現状; ISサイクルとISNサイクルの紹介

亀山 秀雄*; 桜井 誠*; 増田 明之*; 福井 友亮*; 小貫 薫; 久保 真治; 今井 良行

水素エネルギーシステム, 37(1), p.3 - 10, 2012/03

熱化学サイクルによる水素製造について、ISサイクル技術の現状を紹介した。ISサイクルは、日本,米国,ドイツ,フランス,イタリア,インド,中国,韓国で研究が行われ、日本原子力研究開発機構は水素製造検証実験に成功している。本稿では、要素反応,分離技術,装置材料及びプロセス機器に関する研究開発状況を述べる。また、水と窒素からのアンモニア製造を目指して、水素製造のための熱化学サイクル(ISサイクル)をもとに新たに構築したアンモニア製造のための熱化学サイクル(ISNサイクル)の研究の現状を紹介した。

論文

Effects of chemical composition and dose on microstructure evolution and hardening of neutron-irradiated reactor pressure vessel steels

武内 伴照; 蔵本 明*; 亀田 純*; 外山 健*; 永井 康介*; 長谷川 雅幸*; 大久保 忠勝*; 義家 敏正*; 西山 裕孝; 鬼沢 邦雄

Journal of Nuclear Materials, 402(2-3), p.93 - 101, 2010/07

 被引用回数:51 パーセンタイル:96.11(Materials Science, Multidisciplinary)

中性子照射した原子炉圧力容器鋼でのミクロ組織変化と硬化との関係を、3次元アトムプローブ,陽電子消滅,ビッカース硬度測定を用いて調べた。試料には不純物濃度を変じた2種のA533B-1鋼を用い、材料試験炉(JMTR)において照射速度はほぼ一定に揃えつつ照射量を大きく変じた(0.32$$sim$$9.9$$times$$10$$^{19}$$n cm$$^{-2}$$(E$$>$$1MeV))加速照射を行った。その結果、低照射量領域における急激な硬化はおもにマトリックス損傷の形成によるものであり、中照射量$$sim$$高照射量領域における緩やかな硬化は、不純物濃度の高い鋼材中では銅富裕クラスター(CRCs)、低い鋼材ではSi-Mn-Ni富裕クラスター(MNSCs)の形成によるものであることがわかった。ラッセルブラウンモデルにより見積もられた、CRCs及びMNSCsが転位の運動を阻害する強さはほぼ同じであった。また、最も高い照射量において、不純物濃度の高い鋼材においてもMNSCsが形成することが示された。

論文

Design of the shift bump magnets for the beam injection of the 3-GeV RCS in J-PARC

高柳 智弘; 神谷 潤一郎; 渡辺 真朗; 植野 智晶*; 山崎 良成; 入江 吉郎; 木代 純逸; 酒井 泉*; 川久保 忠通*; 唐司 茂樹*; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 16(2), p.1366 - 1369, 2006/06

 被引用回数:7 パーセンタイル:42.11(Engineering, Electrical & Electronic)

J-PARC 3-GeV RCSにおける入射システムは、4台の水平シフトバンプ電磁石を用いて、周回ビームと入射ビームを合流する。その水平シフトバンプ電磁石の設計を3次元磁場解析により行った。本論文では、その結果について報告する。

論文

Development of superconducting proton linac for ADS

大内 伸夫; 赤岡 伸雄*; 浅野 博之*; 千代 悦司; 滑川 裕矢*; 鈴木 浩幸*; 植野 智晶*; 野口 修一*; 加古 永治*; 大内 徳人*; et al.

Proceedings of 4th International Workshop on the Utilisation and Reliability of High Power Proton Accelerators, p.175 - 183, 2005/11

加速器駆動核変換システム(ADS)ではエネルギー約1GeV,ビームパワー20-30MWの大強度陽子加速器が要求される。原研,KEK,三菱重工業,三菱電機は共同でADS用超伝導陽子リニアックの開発を2002年から実施している。本技術開発では、J-PARC計画用超伝導陽子リニアックの設計をベースに、972MHzクライオモジュールの開発並びに超伝導陽子リニアックのシステム設計を行っている。クライオモジュールの開発においては、最大表面電界30MV/mの達成を目標としてクライオモジュールの試作,試験を実施している。空洞単体試験においては、2台の空洞について最大表面電界32, 34MV/mを達成した。2004年にはクライオモジュールの本格的な試験を実施し、最終目標値の達成を目指す。超伝導陽子リニアックのシステム設計では、エネルギー100$$sim$$1500MeV領域のビーム軌道解析を実施した。その結果、超伝導リニアックの構成は、10種類の超伝導空洞,クライオモジュール総数106台,全長565mとなった。低エネルギー部では高エネルギー部と比較して加速効率がかなり低下していることが判明した。

論文

Design of the pulse bending magnets for the injection system of the 3-GeV RCS in J-PARC

高柳 智弘; 入江 吉郎; 神谷 潤一郎; 渡辺 真朗; 渡辺 泰広; 植野 智晶*; 野田 文章*; Saha, P. K.; 酒井 泉*; 川久保 忠通*

Proceedings of 2005 Particle Accelerator Conference (PAC '05) (CD-ROM), p.1048 - 1050, 2005/00

J-PARCにおける3-GeV RCSの入射システム用パルス電磁石の設計を行った。入射システムは、入射用バンプ軌道を形成する水平シフトバンプ電磁石4台、ペインティング入射に使用する水平ペイントバンプ電磁石4台、及び、垂直ペイント電磁石2台で成り立っている。入射エネルギーは400MeVで、ビームエネルギーは1MWに達する。運転は25Hzで行う。水平シフトバンプ電磁石の位置における入射ビーム,ペインティングビーム、及び、周回ビームを含むビームの通過エリアは、横388mm,縦242mmと非常に広範囲を占める。そのため、水平シフトバンプ電磁石は非常に大きなギャップを必要とし、また、ビームロスを小さくするために磁場精度が要求される。そこで、3次元磁場解析により、0.26Tの磁場で0.4%以下の有効磁場領域を達成し得る設計を行った。

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。

論文

A Large-volume high-pressure and high-temperature apparatus for in situ X-ray observation, "${it SPEED-Mk.II}$"

桂 智男*; 舟越 賢一*; 久保 敦*; 西山 宣正*; 丹下 慶範*; 末田 有一郎*; 久保 友昭*; 内海 渉

Physics of the Earth and Planetary Interiors, 143-144, p.497 - 506, 2004/06

 被引用回数:99 パーセンタイル:87.22(Geochemistry & Geophysics)

スプリングエイト偏向電磁石ビームラインに設置された新しいその場エックス線回折実験用高温高圧装置"${it SPEED-Mk.II}$"の詳細を報告する。この装置は、いわゆるKawai型と呼ばれる高圧発生装置で1号機のSPEED-1500から多くの改良が施されている。焼結ダイヤモンドを利用した超高圧発生実験に適した金型を持ち、また高温における試料の粒成長に対処するため、プレス全体の揺動機構を有している。

論文

Progress in physics and technology developments for the modification of JT-60

玉井 広史; 松川 誠; 栗田 源一; 林 伸彦; 浦田 一宏*; 三浦 友史; 木津 要; 土屋 勝彦; 森岡 篤彦; 工藤 祐介; et al.

Plasma Science and Technology, 6(1), p.2141 - 2150, 2004/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:6.89(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60定常高ベータ化計画(JT-60改修計画)の最重要課題は高ベータ,臨界クラスのパラメータを持つ高性能プラズマの100秒程度以上の維持を実証することである。このため、高ベータプラズマを達成するためのプラズマパラメータや運転シナリオ,制御手法の検討を行うとともに、超伝導磁場コイルの要素技術の開発を始め、放射線遮蔽や真空容器等の設計検討及び試験開発を行い、その成立性を確認した。本発表は、以上の物理・工学設計と試験開発の進捗状況を詳述する。

論文

大容量高温高圧X線その場観察装置${it SPEED-MK.II}$

桂 智男*; 舟越 賢一*; 西山 宣正*; 久保 敦*; 丹下 慶範*; 末田 有一郎*; 久保 友昭*; 内海 渉

放射光, 16(6), p.352 - 357, 2003/11

スプリングエイト偏向電磁石共用ビームラインBL04B1に設置された新しいその場X線回折実験用大型高温高圧発生装置、通称${it SPEED-Mk.II}$について解説する。この装置は、超硬合金並びに焼結ダイヤモンドアンビルを用いての高温高圧発生が安定して行えるように設計されたもので、金型や油圧制御にさまざまな工夫が凝らされている。また、高温で試料が粒成長することによる、X線回折線強度のバラつきを抑制するために、プレス全体を揺動させる機構を有している。この装置を用いた最初の実験となったNaClのB1-B2構造転移のその場観察結果についても報告する。

論文

Objectives and design of the JT-60 superconducting tokamak

石田 真一; 阿部 勝憲*; 安藤 晃*; Chujo, T.*; 藤井 常幸; 藤田 隆明; 後藤 誠一*; 花田 和明*; 畑山 明聖*; 日野 友明*; et al.

Nuclear Fusion, 43(7), p.606 - 613, 2003/07

原型炉の経済性と環境適合性のさらなる向上を図るため、大学等との連携協力によりJT-60を超伝導トカマクへ改修する計画を推進している。目的は、原型炉と同様に強磁性体である低放射化フェライト鋼をプラズマの近くに設置して、高ベータで自発電流割合が高く、高度なダイバータ熱粒子制御を持ち、ディスラプション頻度の少ない定常運転を実現することである。JT-60の既存設備を最大限活用し、新たに導入する超伝導トロイダル及びポロイダル磁場コイルを用いて、主半径2.8m,プラズマ電流4MA,トロイダル磁場3.8Tの高非円形かつ高三角度配位のシングルヌル・プラズマの100秒運転を行う。原型炉の設計例から設定された高い達成目標の実現を目指し、高ベータプラズマ制御,高性能・高自発電流プラズマ制御,ダイバータ熱粒子制御、及びフェライト鋼のプラズマ適合性の実証という重要課題に取り組むことができるよう設計を行った。

論文

Objectives and design of the JT-60 superconducting tokamak

石田 真一; 阿部 勝憲*; 安藤 晃*; Cho, T.*; 藤井 常幸; 藤田 隆明; 後藤 誠一*; 花田 和明*; 畑山 明聖*; 日野 友明*; et al.

Nuclear Fusion, 43(7), p.606 - 613, 2003/07

 被引用回数:33 パーセンタイル:71.47(Physics, Fluids & Plasmas)

原型炉の実現に向けて経済性と環境適合性の向上を図るため、大学等との連携協力によりJT-60を超伝導トカマクへ改修する計画を推進している。目的は、原型炉で想定されているように、強磁性体である低放射化フェライト鋼をプラズマの近くに設置して、高ベータで自発電流割合が高く、高度なダイバータ熱粒子制御をもち、ディスラプション頻度の少ない定常運転を実現することである。新たに導入する超伝導トロイダル及びポロイダル磁場コイルを用いて、主半径2.8m,プラズマ電流4MA,トロイダル磁場3.8Tの高非円形かつ高三角度配位のシングルヌル・プラズマの100秒運転を行う。既存のJT-60設備を最大限に生かし、原型炉の設計例から設定された高い達成目標の実現に向けて、高ベータプラズマ制御,高性能・高自発電流プラズマ制御,ダイバータ熱粒子制御、及びフェライト鋼のプラズマ適合性の実証という克服すべき課題に取り組むための設計を行った。

論文

Mechanisms and kinetics of the post-spinel transformation in Mg$$_{2}$$SiO$$_{4}$$

久保 友明*; 大谷 栄治*; 加藤 工*; 浦川 啓*; 鈴木 昭夫*; 神部 祐一*; 舟越 賢一*; 内海 渉; 亀卦川 卓美*; 藤野 清志*

Physics of the Earth and Planetary Interiors, 129(1-2), p.153 - 171, 2002/01

 被引用回数:47 パーセンタイル:67.63(Geochemistry & Geophysics)

放射光を用いたX線回折の手段により、Mg$$_{2}$$SiO$$_{4}$$のポストスピネル転移の研究を行った。Mg$$_{2}$$SiO$$_{4}$$スピネル相がペロフスカイトへ転移する前に、SiO$$_{2}$$スティショバイト相あるいはイルメナイトが中間層として出現することを見出し、ポストスピネル相転移直後の粒径は過圧力によって大きく変化することがわかった。得られた実験データをアブラミの式により解析しメカニズムを考察した。

論文

The Effect of temperature, pressure, and sulfur content on viscosity of the Fe-FeS melt

寺崎 英紀*; 加藤 工*; 浦川 啓*; 舟越 賢一*; 鈴木 昭夫*; 岡田 卓; 前田 信*; 佐藤 仁*; 久保 友昭*; 葛西 志津*

Earth and Planetary Science Letters, 190(1-2), p.93 - 101, 2001/07

 被引用回数:47 パーセンタイル:68(Geochemistry & Geophysics)

Fe-FeS系融体は地球外核の主要な候補物質と考えられている。外核内部の対流ダイナミクスを考察するうえで、その粘性は最も重要な物性の1つである。われわれは、新しい試料アセンブリを用いて、X線影像落球法により、Fe-FeS系融体の高圧その場粘性測定を行った。粘性測定は、温度範囲1233-1923K,圧力範囲1.5-6.9GPa,組成範囲Fe-Fe$$_{72}$$S$$_{28}$$(wt %)において行われた。合計17回の測定で得られた粘性係数は、0.008-0.036Pa sの範囲で系統的に変化した。粘性係数の温度・圧力依存性から、粘性流動の活性化エネルギー及び活性化体積は、それぞれ30kJ/mol1,1.5cm$$^{3}$$/molとなり、Fe$$_{72}$$S$$_{28}$$融体の粘性はFe融体より15%小さいことがわかった。これらの傾向は、Fe-FeS系融体の構造変化に関連付けることができる。

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