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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。

報告書

振動充填燃料焼結体の熱伝導度測定試験(4)

水野 峰雄*; 高阪 裕二*; 小川 伸太*

JNC TJ8430 2005-002, 136 Pages, 2005/02

JNC-TJ8430-2005-002.pdf:30.86MB

粒子焼結による振動充填燃料の熱伝導度向上効果を調べるため、粒子焼結体の熱伝導度測定方法の検討を進めている。平成13$$sim$$15年度の試験では、粒子間の焼結状態を制御できる試験試料の作製方法を把握し、平板比較法による熱伝導度測定装置により粒子焼結体の実効熱伝導度を測定できる見通しを得た。本年度は熱伝導度測定装置の改良により、高温領域での熱伝導度測定における試料径方向の熱損失の低減をはかった。また今後に計画されている真球度の高いUO$$_{2}$$粒子を使用した粒子焼結体の実効熱伝導度測定の見通しを得ることを目的して、同装置により真球度の高いZrO$$_{2}$$粒子焼結体における粒子間ネッキングと熱伝導度の相関関係を調べた。その結果、真球度の高い粒子を使用することでネック比の制御がより容易になるとともに、粒子ネック比と焼きしまり歪量の関係が低ネック比領域にも適用できることが判った。標準試料として石英ガラスを用いた装置特性試験における熱伝導度測定値の95%信頼幅は600$$sim$$900deg. C で$$pm$$3%と、平成14年度試験における$$pm$$8%に比較して向上した。ZrO$$_{2}$$粒子焼結体の熱伝導度にはネック比依存性が認められた。これは真球度の高い粒子の使用により粒子焼結体内のネッキングが一様化したこと及び装置改良による熱伝導度測定精度向上の効果と考えられる。 粒子焼結体の熱伝導度測定における今後の課題として下記が挙げられる。 1. 熱伝導度測定温度範囲の拡大/2.高温領域での測定精度向上/3.粒子ネック比測定精度の評価

報告書

アミド系抽出剤を用いたウラン酸化物の溶解試験

水野 峰雄*; 高阪 裕二*; 森 行秀*; 島田 隆*

JNC TJ8410 2004-006, 85 Pages, 2004/03

JNC-TJ8410-2004-006.pdf:3.05MB

硝酸を抽出した網オ系抽出剤を用いて、酸化物燃料からウラン及びプルトニウムを選択的に溶解・抽出する方法(UPRISE法)を検討している。本試験では、アミド系抽出剤へのウランの溶解傾向を調査するとともに、NdN等の代表的な核分裂生成物との分離性能を模擬酸化物を用いて調べた。

報告書

振動充填燃料焼結体の熱伝導度測定試験(3) -熱伝導度測定-

水野 峰雄*; 高阪 裕二*; 小川 伸太*

JNC TJ8430 2004-001, 93 Pages, 2004/02

JNC-TJ8430-2004-001.pdf:7.42MB

粒子焼結による振動充填燃料の熱伝導度の向上効果を調べるため、クリープ試験装置を用いて異なる粒子ネック比のUO2粒子焼結体を製作し、平板比較法熱伝導度測定装置を使用して熱伝導度測定を行った。本試験では、ネック比0%と37%の試料について、600$$sim$$800$$^{circ}C$$の範囲で測定を実施した。

報告書

振動充填燃料焼結体の熱伝導度測定試験,2; 熱伝導度測定方法の検討

水野 峰雄*; 高阪 裕二*; 小川 伸太*

JNC TJ8430 2003-001, 73 Pages, 2003/02

JNC-TJ8430-2003-001.pdf:5.66MB

粒子焼結による振動充填燃料の熱伝導度向上効果を調べるため、粒子焼結体の熱伝導度測定方法の検討を進めている。平成13年度は、粒子焼結体の製作条件を把握するための粒子焼結試験を実施した。本年度は平成13年度実施の試験で得られた粒子焼結条件と粒子ネック比の関係を用いて粒子焼結体を製作し、熱伝導度測定試験後の検査により、ほぼ目標どおりの粒子ネック比の焼結体が得られる事を確認した。平板比較法熱伝導度測定装置を製作し、ヘリウム雰囲気下において、測定試料平均温度を800$$^{circ}C$$以上に昇温し、試料肉厚温度差を50$$^{circ}C$$$$sim$$250$$^{circ}C$$の範囲で任意に設定できる事を確認した。標準試料による較正試験により、平板比較法熱伝導度測定装置による熱伝導度測定値の95%信頼幅(2$$sigma$$)は$$pm$$8%と評価された。焼結体密度63%TDの粒子焼結体の温度範囲800$$sim$$1100Kにおける熱伝導度として、1.56$$sim$$1.85W/(m・K)の測定結果を得た。粒子焼結体の熱伝導度測定結果については、今後、粒子焼結体の厚さ、充填密度、ネック比等をパラメータとした熱伝導度測定試験により、検証を進めて行くべきものと考えられる。(今後の課題)粒子焼結体熱伝導度に及ぼす下記影響因子の把握 1.粒子ネック比 2.粒子充填状態(粒子サイズ、サイズ数、充填密度) 3.粒子焼結体厚さ 4.雰囲気(ガス種、圧力)

報告書

TBP-硝酸溶媒へのウラン酸化物の溶解

森 行秀*; 島田 隆*; 高阪 裕二*; 水野 峰雄*

JNC TJ8400 2003-013, 69 Pages, 2002/12

JNC-TJ8400-2003-013.pdf:3.53MB

使用済燃料粉化のための前処理として、機械式粉化法(シュレッダー法)と酸化熱処理法が検討されており、それぞれの処理後の粉末のU主成分はUO$2とU$$$_{3}$$O$$_{8}$$である。 また粉化処理条件によっては異なる粒径の粉体が得られる。 これらの試料形態および温度の違いにより溶解速度に差違があると考えられたことにより、本試験では粉体粒径の異なるウラン酸化物および試験温度条件を変えた溶解試験を実施し、下記の結果を得た。1.比較的粒径が類似する U$$_{3}$$O$8粉体(平均粒径3.7$mu$m)と$UO$2粉体(平均粒径2.4$mu$m)で溶解性に関して顕著な差違は認められなかった。2.UO$$$_{2}$$粉体の粒径を変えた試験(平均粒径2.4$$mu$$m$$sim$$1mm)により、粉体粒径が大きくなるほど溶解速度が小さくなる傾向が確認された。 粒径1mmでは試験時間5時間においてもなお未溶解粉体が観察される等、溶解速度に対する粉体粒径の影響が大きい事が判った。3.中間粒径が1mmのUO$2粉体を使用し、温度をパラメータとした試験により、温度が高くなる程、溶解速度が大きくなる溶解速度の温度依存性が確認され、活性化エネルギーとして11$kcal/mol が得られた。4.硝酸濃度が変化を開始する時間については小粒径のUO$2粉体の方が同程度粒径のU$$$_{3}$$O$$_{8}$$粉体に比べて早く、また濃度変化幅もUO$2粉体の方が大きくなった。これは溶解反応に消費されるウランと硝酸のモル比の差違(UO$$2:3:8に対し、U$$$_{3}$$O$8:3:7$sim$3:8)に起因すると考えられる。5.燃料を微小な粒径にすることができれば、溶解速度の観点からは40deg.$Cにおいて機械式粉砕法および酸化熱処理法の両者に差異はなく、共に適用可能と考えられる。

報告書

振動充填燃料焼結体の熱伝導度測定試験,1; 試料作成方法の検討

中村 雅弘; 水野 峰雄*; 高阪 裕二*; 小川 伸太*

JNC TJ8440 2002-003, 55 Pages, 2002/02

JNC-TJ8440-2002-003.pdf:13.04MB

本試験では熱伝導度測定用の振動充填燃料焼結体を製作する条件を把握するため、転動造粒法で作製したUO$$_{2}$$粒子の円板状充填層をクリープ試験機を使用して高温に保持して定常荷重負荷をかけた粒子焼結試験を実施し、以下の結果を得た。(1)1700$$^{circ}C$$、7MPaの温度/圧縮荷重条件下で約2時間30分保持することにより、充填粒子層に4.5$$sim$$4.7%の焼きしまり歪量が生じ、粒子ネック比:約40%まで粒子間焼結を進行させられることがわかった。(2)焼きしまり歪量が大きくなると粒子ネック比が大きくなる関係が確認されたことより、基本的に焼きしまり歪量の調整により目的とする粒子ネック比の焼結体を製作できる見通しを得た。(3)粒子充填層の焼きしまり歪量は充填粒子粒径に依存し、粒径が大きい程、焼きしまり歪量は大きくなった。これは粒径増大による接触点数減少に伴う局所応力の増大によるものと考えられた。(4)充填粒子の粒径が小さくなると、粒子充填層肉厚(荷重負荷)方向に比して半径方向の粒子ネック比が小さくなり、粒子が分離しやすくなる傾向が認められた。(5)焼結試験前後の結晶粒径測定結果より、粒子焼結による結晶粒径の有意な変化は認められなかった。

報告書

SERAPH燃料要素の伝熱特性測定及び改良検討

水野 峰雄*; 小山 和也*

JNC TJ9440 99-011, 74 Pages, 1999/03

JNC-TJ9440-99-011.pdf:4.51MB

高速炉安全性試験炉(SERAPH)では駆動用炉心燃料に必要とされる伝熱性能を確保する為、ペレット-被覆管ギャップの伝熱を適度な範囲に保つ事が要求されており、ギャップ部に何らかの伝熱抑制機構を設ける必要がある。本検討では、ペレット-被覆管ギャップ部におけるアルミナ織布スリーブ層及びガスギャップを設けた炉心燃料棒の伝熱性能を把握する為、下記項目の試験を実施した。(1)燃料要素の形状を模擬した体系における、織布スリーブ層圧縮状態での外面急冷/急昇温時中心温度測定。(2)円周方向に均一なガスキャップを設けた試験体による、外面急冷時中心温度測定。また、上記織布以外のSERAPH炉心燃料に要求される伝熱性能を達成し得るギャップ構造概念について検討を実施した。その結果、織布スリープ装荷ギャップ部の伝熱性には圧縮率依存性が認められた。ただし、これらの伝熱性のレベルは、先に実施した織布単体での伝熱測定データに比べて大幅に低いものとなっており、この差の原因としては「用いた織布の種類の差」などが考えられる。またギャップ幅20$$sim$$100$$mu$$mのガスギャップ型試験体での中心温度測定結果から、ガスギャップ部の伝熱性の情報を得た。さらに、織布スリーブ以外のギャップ構造に使用し得る材料技術及び使用実績を調査し、燃料要素に要求される伝熱性能を満足する新構造概念を検討した。

報告書

TRU消滅処理炉心の特性解析(III)

矢野 眞理*; 水野 峰雄*; 大久保 良幸*; 伊藤 邦博*; 田中 洋司*; 小山 和也*

PNC TJ9678 95-003, 195 Pages, 1995/03

PNC-TJ9678-95-003.pdf:4.35MB

これまでにFBRでTRU(一験にはNp,Pu,Am,Cm等の超ウラン元素を指すが、ここでは、Np,Am,Cmのマイナーアクチニドを表す)を消滅させる方式として、炉心燃料熱合体にTRUを均一に混入きせて消滅させる方法と、TRUを多量に含むタ一ゲッ卜集合体を炉心に装荷してTRUを消滅させる方法が考えられ、これらの方式を具体化して炉心特性への影響、およびTRU消滅特性を評価してきた。また、FBRプラントによるTRU消滅に関する研究として高レべル廃液からTRUを分離した時に混入するRE(希土類元素)がTRU消滅および炉心特性に与える影響についてサーべイすると共に、FBRでTRUリサイクルを行った場合の影響をサーペイした。本年度は、これまでの計算および検討結果と併せて、核燃料サイクル側の進捗伏況を反映した実現性の高い炉心概念の検針として、TRU形態としてNpとAm+Cm+REの群に分離した場合の検討を行った。炉心領域内にはNpのみを添加し、Am,Cm及びREはタ一ゲット集合体に添加して炉心外周の径プランケット位置に装荷する方式(NpとAm+Cmの分離装荷方式)を対象として、炉心設計の成立性が見通せる範囲でTRU消滅特性の良好な炉心概念を検討した。検討の結果、炉心燃料とほぼ等しいピン径の271本ピンがら構成されるタ一ゲット集合体を炉心周囲に1層、72体装荷する体系で、TRU全体の混入率(炉心燃料の重金属に対するTRUの重量比)は20%程度まで可能であり、TRUサイクル消滅量は従来の装荷方式に比べ3$$sim$$4倍の消滅量の580kgとなった。この炉心概念における主要な炉心特性は以下の通りであり、炉心設計は成立している。・燃焼欠損反応度 0.75%$$Delta$$k/kk'(運転サイクル15ケ月)・量大線出力 炉心部 395W/cm ターゲット部145W/cm・増殖比 1.04NpとAm+Cmの分離装荷方式を採用することにより、従来のタ一ゲット集合体装荷方式の課題であった出カ変動の増大が回避され、炉心特性を損ねることなく、高いTRU消滅特性を打ることができた.これは、TRU全体混入率を高めることができるため、TRU消滅量を大きくすることができるということである。しかし、一方、TRUの消滅率としては従来の均質装荷型や非均質装荷型より低下する。すなわち、炉心部でのNpの消滅特性

報告書

混合転換燃料の照射試験; JPR-2 VOF-13H 照射後試験データ集

杉山 忠夫*; 水野 峰雄*; 鵜飼 康治*

PNC TN9450 85-001, 60 Pages, 1985/12

PNC-TN9450-85-001.pdf:9.09MB

本報は別に報告した混合転換燃料の照射試験結果を補足するものとして下記の詳細データを集録した。▲●光学顕微鏡観察結果▲●EPMAによる元素分析結果▲●燃焼率測定結果▲

口頭

振動充填燃料設計コードの開発,13; 球状粒子充填体のネック比測定

中村 雅弘; 加瀬 健; 小泉 務; 水野 峰雄*; 高阪 裕二*; 小川 伸太*; 関根 伸行*

no journal, , 

スフェアパック燃料は燃焼中の高温・高圧により粒子間が焼結し、燃料の実効熱伝導度が改善されると考えられている。設計コードでは、粒子間焼結の進展をネック比をパラメータとして取り込んでいる。断面金相観察と破面観察によるネック比測定結果を比較することにより、照射後試験における金相観察によるネック比測定精度を評価した。

口頭

造粒粉への乾式回収粉添加によるMOXペレット製造法の検討

水野 峰雄; 須藤 勝夫; 武内 健太郎; 沖田 高敏; 木原 義之

no journal, , 

簡素化ペレット法はFBRサイクル実用化研究開発(FaCT)において実用化の可能性が最も大きい主概念とされている。本試験では簡素化ペレット法の基礎試験として、これまでに経験のない、造粒粉末に乾式回収粉を混合した粉末によるMOXペレット製造の小規模試験を実施した。本試験の結果、ペレットの焼結体密度は、乾式回収粉の粒度及び添加率に強く依存することがわかった。本結果は今後の工学規模試験における試験条件等に反映される予定である。

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