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論文

Irradiation test about oxidation-resistant graphite in WWR-K research reactor

柴田 大受; 角田 淳弥; 坂場 成昭; 大崎 貴士*; 加藤 秀樹*; 井澤 祥一*; 武藤 剛範*; Gizatulin, S.*; Shaimerdenov, A.*; Dyussambayev, D.*; et al.

Proceedings of 8th International Topical Meeting on High Temperature Reactor Technology (HTR 2016) (CD-ROM), p.567 - 571, 2016/11

高温ガス炉(HTGR)に用いられている黒鉛について、さらなる安全裕度を確保するため、耐酸化性を向上させることが望ましい。黒鉛表面へのSiC被覆は、そのための候補技術である。原子力機構と日本の黒鉛メーカ4社:東洋炭素,イビデン,東海カーボン,新日本テクノカーボンとで、耐酸化黒鉛を炉内黒鉛構造物に適用する研究を進めている。国際科学技術センター(ISTC)のパートナープロジェクトとして、カザフスタン共和国の核物理研究所(INP)のWWR-K炉により、照射キャプセル2体により耐酸化黒鉛に対する中性子照射試験を実施した。WWR-K炉で、照射温度1473Kにおける10サイクル200日間の照射試験を完了した。最大の高速中性子(E$$>$$0.18MeV)照射量は、中央の照射孔に装荷したキャプセルで1.2$$times$$10$$^{25}$$/m$$^{-2}$$、炉側部の照射孔に装荷したキャプセルで4.2$$times$$10$$^{24}$$/m$$^{-2}$$であった。照射後の試験片について、寸法、重量測定、光学顕微鏡による外観観察を実施した。今後、炉外での酸化試験を行う計画である。

論文

Irradiation test plan of oxidation-resistant graphite in WWR-K research reactor

角田 淳弥; 柴田 大受; 坂場 成昭; 大崎 弘貴*; 加藤 秀樹*; 藤塚 公仁弘*; 武藤 剛範*; Gizatulin, S.*; Shaimerdenov, A.*; Dyussambayev, D.*; et al.

Proceedings of 7th International Topical Meeting on High Temperature Reactor Technology (HTR 2014) (USB Flash Drive), 7 Pages, 2014/10

黒鉛は、黒鉛減速・ヘリウム冷却炉である高温ガス炉(HTGR)の炉内構造物として使用される。HTGRの空気侵入事故時には、TRISO被覆燃料粒子の表面にSiO2が形成され、SiCの酸化は進行せず、核分裂生成物は燃料粒子内に保持される。近年提案された安全性の新しい概念を導入した本質的安全高温ガス炉の安全性を究極に高めるため、耐酸化燃料を炉内黒鉛構造物使用に使用することで、TRISO被覆燃料粒子及び燃料コンパクトの破損を防ぐことが期待される。黒鉛の表面にSiCを被覆した黒鉛は、耐酸化黒鉛の候補材の一つであり、原子力機構と黒鉛製造メーカ4社は、耐酸化黒鉛開発の共同研究を立ち上げた。また、国際科学技術センターパートナープロジェクトの下、原子力機構とカザフスタン核物理研究所は、耐酸化黒鉛に及ぼす照射の影響の研究を開始した。照射試験に使用する黒鉛を選定するため、耐酸化黒鉛の予備酸化試験を実施した。本報告は、耐酸化黒鉛の予備酸化試験の結果、照射目試験計画、照射試験及び照射後試験計画について述べる。

論文

R&D plan for development of oxidation-resistant graphite and investigation of oxidation behavior of SiC coated fuel particle to enhance safety of HTGR

植田 祥平; 角田 淳弥; 柴田 大受; 相原 純; 藤田 一郎*; 大橋 純*; 永石 賢英*; 武藤 剛範*; 沢 和弘; 坂場 成昭

Nuclear Engineering and Design, 271, p.309 - 313, 2014/05

 被引用回数:4 パーセンタイル:51.53(Nuclear Science & Technology)

空気/水蒸気侵入事故のように設計を超える条件においても、固有の安全性によって環境中への核分裂生成物の放出を抑制できる本質安全高温ガス炉が新たに提案されている。本質安全高温ガス炉においては、空気/水蒸気侵入事故においても黒鉛スリーブと燃料コンパクトと炭化ケイ素(SiC)被覆燃料粒子で構成する燃料棒の形状を維持し再臨界を防止することが重要であり、耐酸化特性を付与した黒鉛材料を適用できればこれが可能となる。本論では、照射試験並びに炉外試験を通じてのSiC傾斜層を有する耐酸化黒鉛の開発と共に、SiCの酸化によって形成され耐酸化性を有する二酸化ケイ素(SiO$$_{2}$$)皮膜の形成条件について立案した研究計画について述べる。

論文

R&D plan for development of oxidation-resistant graphite and investigation of oxidation behavior of SiC coated fuel particle to enhance safety of HTGR

植田 祥平; 角田 淳弥; 柴田 大受; 相原 純; 藤田 一郎*; 大橋 純*; 永石 賢英*; 武藤 剛範*; 沢 和弘; 坂場 成昭

Proceedings of 6th International Topical Meeting on High Temperature Reactor Technology (HTR 2012) (USB Flash Drive), 6 Pages, 2012/10

空気/水蒸気侵入事故のように設計を超える条件においても、固有の安全性によって環境中への核分裂生成物の放出を抑制できる本質安全高温ガス炉が新たに提案されている。本質安全高温ガス炉においては、空気/水蒸気侵入事故においても黒鉛スリーブと燃料コンパクトと炭化ケイ素(SiC)被覆燃料粒子で構成する燃料棒の形状を維持し再臨界を防止することが重要であり、耐酸化特性を付与した黒鉛材料を適用できればこれが可能となる。本論では、照射試験並びに炉外試験を通じてのSiC傾斜層を有する耐酸化黒鉛の開発とともに、SiCの酸化によって形成され耐酸化性を有する二酸化ケイ素(SiO$$_{2}$$)皮膜の形成条件について立案した研究計画について述べる。

口頭

高温ガス炉開発に関するカザフスタンとの協力研究,3; 高温ガス炉用耐酸化黒鉛材料の開発に関する協力

柴田 大受; 角田 淳弥; 永田 寛; 斎藤 隆; 土谷 邦彦; 坂場 成昭; 大崎 弘貴*; 加藤 秀樹*; 藤塚 公仁弘*; 武藤 剛範*; et al.

no journal, , 

高温ガス炉(HTGR)における空気侵入事故では、被覆粒子燃料の機械的な損傷を避けるため、酸化に対して炉内の黒鉛構造物の形状を維持することが重要である。高温ガス炉のさらなる安全性向上のためには、SiCで表面を被覆した耐酸化黒鉛の開発が重要であり、日本の主要な黒鉛メーカ4社と共同で、耐酸化黒鉛の開発を進めている。日本の技術である耐酸化黒鉛について早期に高温・中性子照射環境下での成立性を明らかにするため、HTGR開発に大きな興味を持っているカザフスタンと協力し、高温での照射試験が可能な核物理研究所(INP)のWWR-K炉を用いた照射試験計画を進めている。照射温度は1200$$^{circ}$$Cを目標とし、照射試験は2014年4月から開始する予定である。カザフスタンでは、将来にHTGRを建設する場合に、本研究で得られた知見を設計に反映することが可能となる。

口頭

3次元X線CT画像を用いた等方性黒鉛の気孔解析

角田 淳弥; 柴田 大受; 武藤 剛範*; 三橋 雅彦*; 佐藤 昌宏*; 山下 良*; 坂場 成昭

no journal, , 

一般に黒鉛は、気孔率20%程度の多孔質材であるため、黒鉛の特性は、気孔の形状及び体積分布に大きく依存する。高品位黒鉛の量産化に向けては、黒鉛特性のバラツキをより少なくする生産手法を確立することが不可欠であるが、そのためには、まず黒鉛特性を簡易的に把握する手法を確立する必要がある。従来、黒鉛の特性は気孔率で予測してきたが、黒鉛特性のバラツキをより少なくし、高精度で予測するためには、さらに小さな因子をパラメータとして黒鉛特性を予測する必要がある。そこで、より高精度に黒鉛特性を把握するため、著者らは、黒鉛に含まれる開気孔と閉気孔に着目し、2次元画像及び3次元画像を用いて気孔の形状及び体積分布を解析することにより特性を予測してきた。本研究では、3次元X線CT画像を用いた開気孔率及び閉気孔率の解析から得られた結果を水銀ポロシメータによる測定結果と比較することにより、水銀ポロシメータによる測定の有効性を確認した。その結果、3次元X線CT画像と水銀ポロシメータによる開気孔率測定結果は、開気孔は気孔率が大きくなるに連れて大きくなり、閉気孔はほぼ一定であった。しかし、水銀ポロシメータによる閉気孔率の測定結果は画像解析による結果よりも最大で5%大きくなった。今後、水銀ポロシメータで開気孔率を高精度で測定できるようにするため、画像解析結果との相関を定量的に明らかにする。

口頭

Evaluation on thermal conductivity of fine-grain isotropic graphite on the basis of its porosity

角田 淳弥; 柴田 大受; 武藤 剛範*; 三橋 雅彦*; 佐藤 昌宏*; 山下 良*; 坂場 成昭

no journal, , 

黒鉛材料は、黒鉛減速、ヘリウムガス冷却炉である高温ガス炉の炉内構造物として使用される。高温ガス炉は、高温のヘリウムガスを取り出すことが可能で、受動的な固有の安全性を有していることが特徴である。超高温ガス炉(VHTR)は、第四世代原子力システムの中でも最も有力な候補の一つである。VHTRの炉心最高温度の評価においては、黒鉛の熱伝導率は最も重要な特性の一つであるため、数多くの研究者が黒鉛の熱伝導率に関する研究成果を発表している。黒鉛は20%の気孔を含む多孔質材料であり、熱伝導率は気孔の形状及び分布に強く依存する。そのため、熱伝導率をそれらの関数として評価することが重要である。発表では、黒鉛の熱伝導率を、水銀ポロシメータによって測定した開気孔及び閉気孔で評価した結果を報告する。また、開気孔及び閉気孔に基づく黒鉛の熱伝導率の予測手法について議論する。

口頭

等方性黒鉛の熱物性の気孔分布依存性

角田 淳弥; 柴田 大受; 三橋 雅彦*; 武藤 剛範*; 佐藤 昌宏*; 山下 良*; 坂場 成昭

no journal, , 

従来、黒鉛の特性は気孔率で予測してきたが、黒鉛特性のばらつきをより少なくし、高精度で予測するためには、さらに小さな因子をパラメータとして黒鉛特性を予測する必要がある。そこで、黒鉛に含まれる開気孔と閉気孔に着目し、2次元画像及び3次元画像を用いて黒鉛の気孔分布を解析し、黒鉛の熱特性を予測する手法を開発した。本研究では、気孔分布の解析結果及びそれに基づき作成した予測式により求めた熱伝導率の値と実験結果を比較した結果を報告する。

口頭

等方性黒鉛の気孔が物性に与える影響

三橋 雅彦*; 武藤 剛範*; 佐藤 昌宏*; 角田 淳弥; 柴田 大受; 坂場 成昭; 山下 良*

no journal, , 

現在、新日本テクノカーボンと日本原子力研究開発機構が共同で開発を進めている大口径シリコン引上げ装置用大型等方性黒鉛においては、物性のバラツキを従来サイズと同等、もしくはより小さくする必要がある。黒鉛の物性は気孔性状の影響を受けるため、本研究では改良に向けた最初のステップとして水銀ポロシメーターを用いた気孔解析を行った。

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