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田中 正暁; 堂田 哲広; 浜瀬 枝里菜; 桑垣 一紀; 森 健郎; 岡島 智史; 菊地 紀宏; 吉村 一夫; 松下 健太郎; 橋立 竜太; et al.
第28回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集(インターネット), 5 Pages, 2024/06
先進型原子炉システムの設計最適化や安全評価を支援する「AI支援型革新炉ライフサイクル最適化手法(ARKADIA)」の一部として、設計基準事象までの設計課題に適用する「ARKADIA-Design」の整備を進めてきた。本報では、今後の開発課題とともに、ARKADIA-Designにおける、炉心設計及び炉構造設計、並びに保全に関わる点検工程の最適化プロセスの実装状況と、最適化検討とともに個別評価におけるプラント挙動の解析に必要な複数の解析コードの連成解析技術の整備状況を報告する。
江連 俊樹; 秋元 雄太; 松下 健太郎; 田中 正暁
第27回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集(インターネット), 5 Pages, 2023/09
ナトリウム冷却高速炉(高速炉)のホットプレナムでは、自由表面部のくぼみ渦に起因するカバーガス巻込み(ガス巻込み)の抑制が重要な熱流動課題の一つとなっている。このため、ガス巻込み評価手法および評価ツール(StreamViewer)の整備を進めている。本研究では、タンク型高速炉ホットプレナム部のガス巻込み評価へのStreamViewer適用に向け、渦中心線に沿う減圧量の3次元分布と水頭圧との比較によるくぼみ深さの評価モデルについて、簡略化したホットプレナム体系での水試験結果を対象に妥当性を確認した。
堂田 哲広; 中峯 由彰*; 桑垣 一紀; 浜瀬 枝里菜; 菊地 紀宏; 吉村 一夫; 松下 健太郎; 田中 正暁
計算工学講演会論文集(CD-ROM), 28, 5 Pages, 2023/05
高速炉を含む革新炉のライフサイクルを自動的に最適化する「AI支援型革新炉ライフサイクル最適化手法(ARKADIA)」の開発の一環として、高速炉の概念設計段階の最適化をサポートするARKADIA-Designを開発している。ARKADIA-Designは、3つのシステム(仮想プラントライフシステム(VLS)、評価支援・応用システム(EAS)、知識管理システム(KMS))で構成され、設計最適化フレームワークが各システムのインターフェースを通じて3つのシステム間の連携を制御する。本稿では、VLSによるプラント挙動解析とEASによる最適化検討を組み合わせた設計最適化解析を実行する「最適化解析制御機能」の開発について報告する。
松下 健太郎; 江連 俊樹; 今井 康友*; 藤崎 竜也*; 田中 正暁
Proceedings of 29th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE 29) (Internet), 8 Pages, 2022/08
ナトリウム冷却高速炉(SFR)において、炉上部プレナム内自由液面上に発生する渦によるカバーガス巻込み(GE)が安全設計上の重要な課題の一つであり、GEの評価手法の開発が求められている。日本原子力研究開発機構では、ループ型SFRを対象とした、3次元数値流体解析の計算結果を用いたGE評価手法を開発し、この手法を用いた評価ツールである「StreamViewer」を開発した。本研究では、StreamViewerにおける評価結果の保守性を合理化することを目的に、渦中心線の抽出と渦中心線に沿った減圧量の3次元分布を計算による評価手法の改良を検討した。改良した評価手法の適用性を、非定常渦が発生する矩形流路体系における実験結果に適用し、その結果、従来の評価手法で過大に評価されたガスコア長さの予測結果が改善し、改良された評価手法によってGEの発生を適切に判定できる可能性があることを確認した。
大島 宏之; 森下 正樹*; 相澤 康介; 安藤 勝訓; 芦田 貴志; 近澤 佳隆; 堂田 哲広; 江沼 康弘; 江連 俊樹; 深野 義隆; et al.
Sodium-cooled Fast Reactors; JSME Series in Thermal and Nuclear Power Generation, Vol.3, 631 Pages, 2022/07
ナトリウム冷却高速炉(SFR: Sodium-cooled Fast Reactor)の歴史や、利点、課題を踏まえた安全性、設計、運用、メンテナンスなどについて解説する。AIを利用した設計手法など、SFRの実用化に向けた設計や研究開発についても述べる。
鳥川 智旦*; 大平 直也*; 伊藤 大介*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 松下 健太郎; 江連 俊樹; 田中 正暁
混相流, 36(1), p.63 - 69, 2022/03
ナトリウム冷却高速炉(SFR)において、炉容器上部プレナム内の自由界面で、自由表面渦によるカバーガス巻込みが発生し、巻き込まれたガスが炉心を通過することで炉出力の擾乱を生じる可能性がある。そのため、巻き込みガスの流量を正確に予測するための評価モデルの開発が重要となる。既往研究における単一渦のガス巻込み試験では、一般的に、ガス巻込みは上部タンクの自由表面渦によって引き起こされ、吸込み管によって下部タンクにおいてガスが液体から分離される。しかし、これらの研究では、上部タンクと下部タンクとの間の圧力差の影響に着目していない。本研究では、上下部タンク間の圧力差の影響に着目した単一渦のガス巻込み試験を行った。上部タンクと下部タンクとの圧力差は、下部タンクのガス圧力を変更して制御した。その結果、上部タンクと下部タンクの圧力差が増加するにつれ、巻込みガス流量も増加することが分かった。また、吸込み管内の旋回環状流の可視化により、巻込みガス流量が増加すると吸込み管内の圧力降下が大きくなることが分かり、旋回環状流領域における圧力降下に基づいた評価モデルによってガス巻込み流量を予測できることが示唆される。
内田 真緒*; Alzahrani, H.*; 塩野 幹人*; 堺 公明*; 松下 健太郎; 江連 俊樹; 田中 正暁
Proceedings of 19th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-19) (Internet), 16 Pages, 2022/03
ナトリウム冷却高速炉の設計において、炉心反応度への予期せぬ影響の観点からカバーガスの巻込み現象が重要な課題の一つとなり、既往研究において高速炉プレナム内の自由液面部における自由表面渦のガスコア成長を評価するための、渦モデルに基づく評価手法が開発されている。本研究では、非定常渦のガスコア成長の予測精度を明確にするために、開水路試験体系を持つ回流水槽による水試験を実施した。また、実験と同じ体系による数値解析に基づいた評価手法によりガスコア長さを予測し、試験結果と比較した。その結果、試験では、下降流速が大きくなる下流領域においてガスコア長さが大きくなることが観測された。一方、数値解析結果を用いたガスコア長さの予測では、試験とは異なる位置でピークが現れ、ピーク値も過大評価となった。
田中 正暁; 堂田 哲広; 森 健郎; 横山 賢治; 上羽 智之; 岡島 智史; 松下 健太郎; 橋立 竜太; 矢田 浩基
Proceedings of 19th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-19) (Internet), 16 Pages, 2022/03
日本原子力研究開発機構では、ARKADIAと呼ぶ原子炉の革新的な設計システムの開発を進めている。ARKADIAは、安全性かつ経済性を高め、脱炭素エネルギー源となる革新的原子炉の設計を実現するものである。最初の開発段階として、設計検討のためのARKADIA-Designと、安全性評価のためのARKADIA-Safetyを開発する。本報告では、ARKADIA-Designに焦点を当て、システムの概念と、マルチレベル解析及びマルチフィジックス解析を実施するための数値解析コードについて説明する。また、解析コードを組み合わせて構築する機能及び妥当性確認としての対象問題についても言及する。
松下 健太郎; 江連 俊樹; 今井 康友*; 藤崎 竜也*; 田中 正暁
日本機械学会関東支部茨城講演会2021年度講演論文集(インターネット), 4 Pages, 2021/08
ナトリウム冷却高速炉の原子炉容器内自由液面部でのガス巻込み現象の評価において、ガス巻込み現象の評価ツールとして「Stream Viewer」の開発を進めている。Stream Viewerは、渦周りの速度分布およびBurgus渦モデルを用いて渦中心の減圧量を算出し、その渦のくぼみ深さを予測するツールである。本報では、速度分布から連続的な渦中心線を抽出する機能をStream Viewerに実装し、渦中心線に沿った減圧量の3次元分布を評価する手法を検討した結果を報告する。矩形流路体系での非定常渦の水流動実験を対象に、渦中心線抽出機能を実装したStream Viewerを適用し、渦中心線の抽出が可能であることを確認した。また、渦中心線に沿った減圧量の分布特性から、ガス巻込みの成長の有無を予測し、評価手法を高精度化できる見通しを得た。
松下 健太郎; 藤崎 竜也*; 江連 俊樹; 田中 正暁; 内田 真緒*; 堺 公明*
計算工学講演会論文集(CD-ROM), 26, 6 Pages, 2021/05
ナトリウム冷却高速炉の冷却材自由液面部におけるガス巻込み渦について、数値解析によりガス巻込み量を評価する手法を開発している。本研究では、計算負荷を抑制し、かつ渦形状の予測精度を確保した解析メッシュの自動作成手法を調査し、その手法としてadaptive mesh refinement(AMR法)を非定常後流渦の体系を対象にすることによって検討した。メッシュ詳細化の基準として渦度、速度勾配テンソルの第二不変量(Q値)および速度勾配テンソルの固有方程式の判別式について検討し、Q値によるAMR法の適用がもっとも効率よく解析メッシュを詳細化できる見通しを得た。
伊藤 啓*; 伊藤 大介*; 齊藤 泰司*; 江連 俊樹; 松下 健太郎; 田中 正暁; 今井 康友*
Proceedings of 18th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-18) (USB Flash Drive), p.6632 - 6642, 2019/08
本論文では、自由表面渦によるガス巻込み流量を評価するための力学モデルを提案する。本モデルは、ガスコアの非定常伸長に関する理論式とガスコアからの気泡離脱に係る臨界ガスコア長の実験式を含む。ガス巻込み流量は、単位時間当たりの臨界ガスコア長を超えた伸長分として、前述の2式に基づいて計算される。このモデルを単純な水試験体系に適用し、ガス巻込み流量を計算した結果、自由表面渦の強さを決定する作動流体(水)の流量がある閾値を超えると、ガス巻込み流量が急激に増加することを確認した。
松下 健太郎; 伊藤 啓*; 江連 俊樹; 田中 正暁
第24回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集(USB Flash Drive), 5 Pages, 2019/06
ナトリウム冷却高速炉の設計検討において、日本原子力研究開発機構では一次系統内の不活性ガス挙動評価コードSYRENAの開発・検証を行っている。本研究では、仮想的なタンク型炉を対象として、気液界面における不活性ガスの巻込みが一次系統内のガス挙動に与える影響を解析的に調べた。特に、一次冷却系統への気泡巻込みを抑制するために開口部を有する水平版(ディッププレート)を炉内自由界面下に設置した場合における気泡挙動への影響について調べた。その結果、ディッププレートは非凝縮性ガスの挙動に大きな影響を持ち、自由液面におけるガス巻込み量と開口部面積の関係によって一次系統内の不活性ガス量が複雑に変化することを明らかにした。
松下 健太郎; 伊藤 啓*; 江連 俊樹; 田中 正暁
Proceedings of 27th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-27) (Internet), 9 Pages, 2019/05
ナトリウム冷却高速炉(SFR)では、炉心反応度擾乱等を防止する観点から一次冷却系統内に存在する非凝縮性ガスの量を制御することが重要であり、そのための数値計算コードSYRENAを開発している。本研究では、仮想的なタンク型炉を対象にフローネットワークモデルを構築して気泡・溶存ガス挙動の解析を行い、ループ型炉の解析結果との比較を行った。また、タンク型炉にディッププレート(D/P)を導入した場合を仮定し、D/Pを通るナトリウム交換流量および自由液面での気泡巻込み量をパラメーターとした解析を行ってタンク型炉の気泡挙動に対するD/Pの影響を調査した。その結果、D/Pを通過する交換流量の増加が必ずしも一次冷却系統内の気泡量の減少に働くとは限らないことが示された。
坂中 章悟*; 明本 光生*; 青戸 智浩*; 荒川 大*; 浅岡 聖二*; 榎本 収志*; 福田 茂樹*; 古川 和朗*; 古屋 貴章*; 芳賀 開一*; et al.
Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.2338 - 2340, 2010/05
日本においてERL型放射光源を共同研究チームで提案している。電子銃,超伝導加速空洞などの要素技術開発を進めている。また、ERL技術の実証のためのコンパクトERLの建設も進めている。これら日本におけるERL技術開発の現状について報告する。
大槻 龍生*; 那須 昭一*; 松下 真輝*; 藤井 貴美夫; 大橋 憲太郎*; 山本 涼市*
粉体および粉末冶金, 51(8), p.633 - 634, 2004/08
黒鉛電極を通電加熱して蒸発させてフラーレンを生成する条件に関する研究で、堆積場所である容器壁の温度と容器の大きさの影響に関する評価結果である。容器温度が低く容器が大きい方がフラーレンの収率が高まった。例えば冷却無しでの収率が0.5-1%であったのに対して、液体窒素で冷却すると7-10%に増加した。
松下 健太郎; 江連 俊樹; 今井 康友*; 藤崎 竜也*; 田中 正暁
no journal, ,
ナトリウム冷却高速炉では、原子炉容器上部プレナム内の自由液面部に発生するくぼみ渦により、原子炉容器上部のカバーガスが冷却材中に巻き込まれ、炉心挙動に影響を及ぼすガス巻込み現象に対する評価手法の整備が必要となる。本研究では、3次元流動解析によって得られた流速分布から、液面で発生した渦の中心を示す線(渦中心線)を抽出し、渦中心線に沿った圧力降下の3次元分布と、水頭圧を比較することでガス巻込みを評価する「渦中心線減圧量評価モデル(PVLモデル)」を構築した。矩形流路体系における移流渦試験の解析結果を対象にP-VLモデルを適用し、ガス巻込みの評価を行った結果、PVLモデルの適用によって試験条件に対するガス巻込みの発生および非発生を区別できることが確認され、移流渦に対する本モデルの適用性が確認された。
松下 健太郎; 伊藤 啓*; 江連 俊樹; 田中 正暁
no journal, ,
ナトリウム冷却高速炉(SFR)では、炉心反応度擾乱やIHXにおける熱交換率低下等を防止する観点から、一次冷却系統内の非凝縮性ガス量を制御することが重要である。このため、日本原子力研究開発機構ではSFRの一次冷却系統内の気泡・溶存ガス挙動評価に資するべく、数値計算コードSYRENAを開発している。本研究では、タンク型高速炉を対象にSYRENAのフローネットワークモデルを新たに構築し、一次系統内の気泡挙動を解析した。さらに、フローネットワーク内の上部プレナム部にD/Pモデルを導入し、D/P上下間のナトリウム交換流量および自由液面での気泡巻込み量をパラメーターとした解析を行うことで、一次系統内の気泡・溶存ガス挙動に対するD/P導入の影響を調査した。解析結果から様々な条件下における気泡挙動が得られた。特に自由液面での気泡巻込み量が多い場合と少ない場合とで、D/P上下間の交換流量の増加に対する一次系統内の気泡量の変化が異なることが示された。
松下 健太郎; 伊藤 啓*; 江連 俊樹; 田中 正暁
no journal, ,
ナトリウム冷却炉では、炉心反応度擾乱防止等の観点から、ガス巻き込み等により1次冷却系統内に入り込んだ気泡・溶存ガス挙動評価が重要である。そのため、原子力機構では、高速炉1次系統内の気泡・溶存ガス挙動解析コードSYRENAの開発を進めている。本研究では、タンク型炉を対象としたSYRENAのフローネットワークモデル構築を行った。さらにフローネットワークモデルの検証の一環として、ループ型炉とタンク型炉における系統内の気泡挙動特性の比較を目的とした解析を実施した。その結果、両者のガス挙動特性に関していくつかの相違点があることを明らかにした。
松下 健太郎; 江連 俊樹; 田中 正暁; 伊藤 啓*
no journal, ,
日本原子力研究開発機構で開発整備を進めている一次冷却系統内の非凝縮性ガス挙動評価コードSYRENAを用い、タンク型炉を対象に、ホットプレナム液面部におけるカバーガス巻込みの抑制および液面揺動の防止を目的とする水平板(ディッププレート:D/P)を設置した場合の非凝縮性ガス移行挙動について解析を実施し、一次冷却系統内のガス移行挙動を調べた。解析では、D/Pの上下間の通過流量およびホットプレナム液面部におけるカバーガス巻込み量をパラメータとして変化させ、炉心入口におけるボイド率に与える影響について検討した。以上の結果、炉心入口ボイド率の観点では、D/P上下の通過流量の変化によって与えられる影響に比べ、液面部におけるガス巻込み量の変化による影響の方が大きいとの結果が得られた。このことから、D/P導入によるガス巻込み量の抑制効果は、一次冷却系統全体の非凝縮性ガスの蓄積量の抑制に効果的であるとの見通しを得た。
松下 健太郎; 江連 俊樹; 今井 康友*; 田中 正暁
no journal, ,
日本原子力研究開発機構(JAEA)では、ナトリウム冷却高速炉(SFR)をはじめとする、多様な炉システム開発の支援を目的として、AI支援型革新炉ライフサイクル最適化手法「ARKADIA」の開発を進めている。SFR設計における重要な熱流動課題の一つとして、炉上部プレナム部の自由液面部におけるくぼみ渦に起因するカバーガスの巻込み(ガス巻込み)の抑制があり、JAEAでは、ガス巻込み評価ツール「StreamViewer」を中心とした「ガス巻込み評価システム」をARKADIAにおいて開発している。本報では、ARKADIAにおけるガス巻込み評価システムの概要およびStreamViewerの開発状況について報告する。さらに、StreamViewerを水流動試験体系の解析結果に適用し、ガス巻込み現象の評価が可能であることを確認した結果についても合わせて報告する。
