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論文

Oxygen thermochemistry of urania-rare earth system; UO$$_2$$-CeO$$_2$$

廣岡 瞬; 村上 龍敏; Nelson, A. T.*; McClellan, K. J.*

INL/EXT-14-33515, p.34 - 36, 2014/10

平成25年度から引き続き、日本との共同研究として核燃料物質の物性評価を行い、平成26年度は(U,Ce)O$$_2$$の酸素ポテンシャル測定を行った。平成26年度の共同研究は民生用原子力研究ワーキンググループの下での活動としている。測定は気相平衡法で行い、加湿したAr/H$$_2$$によって酸素ポテンシャルを調整したガスを用いた。試料は(U,Pu)O$$_2$$燃料の組成比に近いCe=20%及び30%とした。温度は1200$$^{circ}$$C, 1400$$^{circ}$$C, 1600$$^{circ}$$Cの三種類とし、酸素/金属比(O/M)1.945$$sim$$2.000の範囲で、100点以上のデータポイントが取得された。実験結果は欠陥化学によって解析され、O/Mを温度と雰囲気の酸素ポテンシャルで表す式を得ることに成功した。(U,Pu)O$$_2$$との比較では、同様の欠陥構造で解析が可能なことや、同様のS字型の曲線形状などの共通点が確認できた。また、同じO/Mに対応する酸素ポテンシャルは(U,Ce)O$$_2$$の方がかなり高いことが明らかとなった。

報告書

高速炉サイクル実用化に向けた工学規模のMOX燃料製造技術開発試験結果,1; 焼結ペレットのO/M比調整試験

高藤 清人; 村上 龍敏; 鈴木 紀一; 柴沼 公和; 畑中 延浩; 山口 文吾; 飛田 良正; 篠崎 雄; 飯村 直人; 沖田 高敏; et al.

JAEA-Technology 2013-026, 42 Pages, 2013/10

JAEA-Technology-2013-026.pdf:3.17MB

高速炉実用化燃料は、高燃焼度化に対応する目的で、燃料ペレットのO/M比の仕様が1.95と、「もんじゅ」燃料仕様の1.98よりも低く設計されている。このような低O/M比の燃料ペレットの製造試験として、還元メカニズムの異なる二種類のO/M比調整試験を行った。1つ目の試験では、焼結ペレットを熱処理することでO/M比を低く調整する技術について評価した。もう一方の試験では、炭素を多量に含むペレットを焼結すると、残留炭素の還元反応によりO/M比が低下するという知見から、多量の有機添加剤を含むペレットを焼結し、残留炭素の還元反応によりO/M比を低く調整する技術について評価した。1つ目の試験の結果、O/M比の低下が見られたが、低下量は小さく、O/M比1.95に調整するには長時間の熱処理が必要と推測された。これは、熱処理中にペレットから放出される酸素を含むガスが焼結皿間に滞留し、このガスの酸素ポテンシャルと平衡となるようにO/M比が変化するためと考える。もう一方の試験の結果、残留炭素の還元反応によるO/M比の低下が確認された。また、O/M比を効果的に下げるには、焼結炉内の雰囲気ガスの酸素ポテンシャルを低く管理することが重要であることがわかった。

論文

Property measurements of (U$$_{0.7}$$,Pu$$_{0.3}$$)O$$_{2-x}$$ in $$P$$$$_{O2}$$-controlled atmosphere

加藤 正人; 村上 龍敏; 砂押 剛雄*; Nelson, A. T.*; McClellan, K.*

Proceedings of International Nuclear Fuel Cycle Conference; Nuclear Energy at a Crossroads (GLOBAL 2013) (CD-ROM), p.852 - 856, 2013/09

MOX燃料は、不定比性酸化物である。不定比性は、MOXの物性値に大きく影響する。そのため、酸素ポテンシャルとO/M比の関係がこれまで調べられてきた。その測定結果は、高温においてO/M比を一定に保つためには酸素分圧をコントロールすることが不可欠であることを示している。本研究では、酸素分圧をコントロールした雰囲気において、焼結特性, O/M変化,熱膨張率などの測定を行った。

論文

Prevention of segregation of pore former by granulating with MOX powder in low density pellet fabrication for fast breeder reactors

村上 龍敏; 青野 茂典

Proceedings of 5th International Granulation Workshop (CD-ROM), 10 Pages, 2011/06

原子力機構では、高速増殖炉もんじゅのMOX燃料製造技術の開発を行っている。MOX燃料ペレットは、原料となるMOX粉末をタブレット造粒法により造粒した後、圧縮成型,焼結して製造する。高速増殖炉もんじゅ燃料ペレットは、低密度仕様であるため、MOX粉末に有機添加物である密度降下剤を添加・混合して製造する。ペレットに含まれる密度降下剤は、焼結中に熱分解し、MOXペレット中に気孔を形成させる。従来、密度降下剤は、造粒粉末に添加・混合していたが、密度降下剤の比重がMOX粉末に比べ非常に軽いため、MOX粉末中に偏析し、燃料ペレットの密度のばらつきが大きくなるという問題があった。このため、造粒前の粉末に添加・混合し、造粒粉末内に密度降下剤を閉じ込めることとした。この結果、密度降下剤の偏析が抑制され、密度のばらつきが小さくなった。

論文

Preparation of low O/M MOX pellets for fast reactors using carbothermic reduction

村上 龍敏; 加藤 正人; 鈴木 紀一; 宇野 弘樹*

Proceedings of 2010 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '10) (CD-ROM), p.1859 - 1865, 2010/06

約3000ppmの炭素を含む脱脂後ペレットについて、焼結中、熱天秤と熱膨張計による測定を行い、焼結挙動を評価した。試験パラメータは、焼結雰囲気の水素/水分比とした。焼結雰囲気中の水素/水分比を減少させることに伴い、ペレットの到達O/Mと収縮率が増加した。この結果から、焼結雰囲気中の水素/水分比が高い場合には、炭素の熱還元反応によりO/M比が大幅に減少し、反面、焼結雰囲気中の水素/水分比がより低い場合には、雰囲気中の酸素ポテンシャルが高く保たれ、O/M比の低下が抑制されたものと考えられる。

報告書

FBR用低密度MOX燃料ペレットの製造条件確認試験

村上 龍敏; 鈴木 紀一; 畑中 延浩; 塙 幸雄; 篠崎 雄; 村上 真一; 飛田 良正; 川崎 猛; 小林 良仁; 飯村 直人; et al.

JAEA-Technology 2008-017, 97 Pages, 2008/03

JAEA-Technology-2008-017.pdf:2.76MB

「もんじゅ」用低密度MOX燃料ペレットについては、平成7年度に実施した「もんじゅ」一次取替燃料の製造以降、約9年間製造されていない。この間、プルトニウム燃料第三開発室の主要工程設備の約6割が新設又は更新されるとともに、原料である混合転換粉のAm-241の蓄積が進み、発熱量が増加している。さらに、原料の一つである乾式回収粉末についても、設備の更新によりその粉末特性が大きく変化している。以上を踏まえ、次期「もんじゅ」用低密度MOX燃料ペレット製造を円滑に実施するため、平成16年10月から平成18年8月の間、従来に比べAm-241が蓄積した原料及び粉末特性の大きく変化した乾式回収粉を用いて、低密度MOXペレットの製造条件確認試験を実施した。本報告は、この試験結果をまとめたものである。試験の結果、従来に比べAm-241が蓄積した原料を用いても、製造条件を適切に管理することにより、一次取替燃料製造時と同程度の収率で低密度MOX燃料ペレットが製造可能であることを確認した。

論文

Study on characteristics of recycled MOX powder suitable for low density pellet fabrication

村上 龍敏; 鈴木 紀一; 青野 茂典

Proceedings of International Conference on Advanced Nuclear Fuel Cycles and Systems (Global 2007) (CD-ROM), p.891 - 896, 2007/09

低密度ペレット燃料の製造では、燃料製造の過程でポアフォーマと呼ばれる有機物を原料粉末に添加し、ペレット内に気孔(ポア)を設けることで低密度化を実現しているが、ポアフォーマは、原料粉末に比べ密度が非常に低いため燃料製造の過程で偏在し、焼結ペレット密度のばらつきを生じる原因となるので、ポアフォーマ添加率は可能な限り低くして低密度化することが望ましい。一方、ペレット製造では、工程内で発生した不合格ペレットなどを粉砕し、粉末として再利用する(「乾式回収粉末」という。)が、粒の粗い乾式回収粉末を原料に用いると乾式回収粉末がポアフォーマの役割を担い、結果、ペレットの焼結密度が低下することがこれまでの実績からわかっている。このため、本試験では、乾式回収粉末の製造条件(ペレットの粉砕条件)を変動させて数種類の乾式回収粉末を製造し、このうち低密度ペレットの製造に最も適すると考えられる乾式回収粉末を用いてペレット製造試験を行い、低密度ペレット製造への適用性を評価した。

論文

Parametric studies on nuclear criticality safety design of MOX fuel fabrication facility

清水 義雄; 水津 祐一; 村上 龍敏; 由利 明哉

Proceedings of 8th International Conference on Nuclear Criticality Safety (ICNC 2007), p.335 - 340, 2007/05

高速増殖炉のためのMOX燃料製造施設に対する臨界安全評価を実施した。次の3つのケースに対してSCALEを用いたパラメトリックな検討を行った。(1)Pu$$^{*}$$($$^{235}$$U, $$^{239}$$Pu, $$^{241}$$Pu)質量管理におけるプルトニウム同位体組成の影響を評価し、運転時の管理条件下における核的制限値の設定条件を設定した。(2)MOX燃料製造施設で用いられる有機物に対する減速効果として、有機物含有率と等価な水分含有率を評価した。(3)MOXと水の不均一効果として、2層モデル及びSMORESを用いて、均一モデルとの差を評価した。

口頭

MOX燃料施設の臨界安全,2; 核的制限値に対するプルトニウム同位体組成の変動評価

清水 義雄; 水津 祐一; 村上 龍敏; 由利 明哉

no journal, , 

原子力機構のMOX燃料施設の質量管理を行う単一ユニットに核的制限値を設定するにあたり、核的制限値の設定条件となる臨界因子の変動を考慮している。臨界上は核分裂性核種であるPu-239及びPu-241の量が重要であるが、工程が乾式であるためPu-240の高速核分裂の影響も確認すべく、プルトニウム同位体組成の変動評価を行い、核的制限値の設定条件とするプルトニウム同位体組成(Pu-239/Pu-240/Pu-241=80/10/10)の妥当性を確認した。

口頭

MOX燃料施設の臨界安全,1; 核的制限値の設定

水津 祐一; 清水 義雄; 村上 龍敏; 由利 明哉

no journal, , 

原子力機構のMOX燃料施設の加工事業許可申請に伴い、最新の知見・情報を踏まえ臨界安全設計の再整理を行った。単一ユニットの区分,臨界管理因子の選定及び核的制限値の設定の考え方を紹介する。

口頭

MOX燃料施設の臨界安全,3; 二重偶発性原理への対応

由利 明哉; 清水 義雄; 水津 祐一; 村上 龍敏; 蜷川 純一

no journal, , 

MOX燃料施設の臨界安全にかかわる異常を技術的に検討し「起こる可能性の十分小さい異常が、二つ以上同時に発生しない限り臨界に達しない」ことを確認した。いわゆる二重偶発性の原理の対応方法の一例として紹介する。

口頭

低密度ペレット製造に適した乾式回収粉末について

村上 龍敏; 鈴木 紀一; 青野 茂典

no journal, , 

乾式回収粉末の製造条件を変動させて数種類の乾式回収粉末を製造し、このうち低密度MOXペレットの製造に最も適すると考えられる乾式回収粉末を用いてペレット製造試験を行い、低密度ペレット製造への適用性を評価した。

口頭

低密度ペレットの焼きしまり特性について

鈴木 紀一; 村上 龍敏; 青野 茂典

no journal, , 

低密度ペレットに存在する気孔は、高密度ペレットのものに比べ、より大きく安定して存在すると思われる。このため、本試験では、密度降下剤の有無及び乾式回収粉末の粗さをパラメータとしてペレット断面の気孔分布を測定し、低密度ペレットの焼きしまり特性(気孔の収縮特性)を調べた。

口頭

MOX燃料施設の火災・爆発の安全性,2; 事故評価

水津 祐一; 村上 龍敏; 由利 明哉

no journal, , 

原子力機構のMOX燃料施設の火災・爆発事故を想定し、最近の手法,評価条件を用いて一般公衆への放射線被ばく影響を再評価した。

口頭

MOX燃料施設の火災・爆発安全性

村上 龍敏; 水津 祐一; 由利 明哉

no journal, , 

再処理施設安全審査指針に示される設計基準事象の手法を参考に、原子力機構のMOX燃料施設の火災・爆発に対する安全設計について評価・再確認を行った。

口頭

炭素を含むMOXペレットの焼結挙動について

村上 龍敏; 加藤 正人; 鈴木 紀一; 宇野 弘樹*

no journal, , 

約3000ppmの炭素を含むMOXペレットについて、焼結雰囲気中の水素分圧と水分圧の比(PH$$_{2}$$/PH$$_{2}$$O)をパラメーターに焼結し、焼結中の重量変化及び収縮挙動を測定した。その結果、PH$$_{2}$$/PH$$_{2}$$O比の増加に伴い、収縮速度の低下及び重量減少の増加が見られた。

口頭

高発熱MOX粉末の冷却ホッパーの開発

村上 龍敏; 柴沼 公和; 塙 幸雄; 八巻 孝雄; 鈴木 満; 青野 茂典

no journal, , 

有機添加剤を含むMOX粉末を装荷する粉末ホッパーは、有機添加剤の熱劣化を防止するため冷却機能を有するが、将来のプルトニウムの高次化(高発熱化)までは対応できていない。このため、将来の高発熱化に対応した粉末ホッパーを開発するべく、事前試験として粉末ホッパー内のMOX粉末の温度測定を行った。

口頭

機械混合法により調製したMOX粉末の焼結特性

鈴木 紀一; 武内 健太郎; 村上 龍敏; 加藤 正人; 宇野 弘樹*; 砂押 剛雄*

no journal, , 

機械混合法によりPu富化度25%に調製したMOX粉末を用いて、焼結雰囲気の水素水分比がペレット中のPu, U均質性に及ぼす影響を調べた。この結果、水素/水分比が低いほど、均質なペレットが得られることを確認した。

口頭

高速炉用MOX燃料製造における乾式回収粉末の造粒後添加について

村上 龍敏; 鈴木 紀一; 柴沼 公和; 青野 茂典

no journal, , 

原子力機構(JAEA)で採用している高速炉用MOX燃料製造法(JAEA法)においては、製造中に発生する規格外ペレット等は乾式回収後、原料粉末の一部として再利用している。今回、次世代のMOX燃料製造において、造粒後のMOX粉末に乾式回収粉末を添加,混合し再利用することを想定し、焼結ペレットの品質への影響を評価した。

口頭

量産規模のMOX焼結ペレットのO/M調整について

鈴木 紀一; 村上 龍敏; 青野 茂典; 畑中 延浩; 高野 龍雄

no journal, , 

O/M比が1.98から2.00の焼結MOXペレットを18段重ねのMo製の焼結皿に装荷し、工学規模のバッチ式焼結炉で熱処理しO/M比の低下量を測定した。熱処理時の雰囲気ガスは、水分含有率約10ppmの95%Ar-5%H$$_{2}$$とした。ペレットの装荷量を約10kgMOXとして熱処理した結果、熱処理温度が高く、熱処理時間が長いほどO/M比が下がる傾向が見られたが、O/M比の低下速度は小規模試験に比べて緩やかで、O/M比を1.97以下とするためには相当な時間を要すると予想される。当初、この原因はペレットの装荷量の違いによるものと思われたが、ペレットの装荷量を小規模試験と同等の約40gMOXまで減らしても、O/M比の低下速度に改善は見られなかった。工学規模設備のバッチ式焼結炉内の雰囲気ガスの流れを解析したところ、雰囲気ガスの大部分は焼結皿の周囲を流れており、ペレットが積載されている焼結皿の隙間にはほとんど入り込んでいないことがわかった。以上から、工学規模試験でO/M比の低下速度が緩やかであった原因は、ペレット装荷量ではなく、ペレットへの雰囲気ガスあたりの影響と考えられる。

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