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論文

Experimental characterization of concrete removal by high-power quasicontinuous wave fiber laser irradiation

Nguyen, P. L.; 大道 博行; 山田 知典; 西村 昭彦; 長谷川 登*; 河内 哲哉*

Journal of Laser Applications, 29(4), p.041501_1 - 041501_11, 2017/11

 被引用回数:7 パーセンタイル:51.85(Materials Science, Multidisciplinary)

トンネルなどのインフラの保守保全作業は、技術者の目視確認、手作業(触診・打音・叩き落とし)で行われている。これらの作業は、非常に時間がかかり、大きな危険が伴うため、従来技術に変わる効率的で安全な保守保全技術の確立が求められている。本研究では、叩き落としに変わる技術として、高出力QCWファイバーレーザーを用いたコンクリート穿孔、切断除去技術の開発を行っており、その結果について報告する。

報告書

レーザー光を用いた燃料デブリ・炉内構造物取出しに向けた研究(II); 平成25年度研究成果

村松 壽晴; 山田 知典; 羽成 敏秀; 武部 俊彦; Nguyen, P. L.; 松永 幸大

JAEA-Research 2014-018, 41 Pages, 2014/09

JAEA-Research-2014-018.pdf:42.21MB

福島第一原子力発電所の廃止措置作業では、燃料と炉内構造物とが溶融混合凝固した燃料デブリなどを取出し対象とする必要がある。この燃料デブリは、米国・スリーマイル島原子力発電所2号機での知見から、形状不定、高硬度、多孔質、多成分などの特徴を持つと考えられ、これを的確に取出すことのできる工法を確立する必要がある。本報では、高出力・高出力密度、局所加工性、遠隔操作性に優れ、更には靭性によらず溶断・破砕を行うことが可能なレーザー光を熱源とした切断工法を対象とし、燃料デブリの取出しに必要となる要素技術を開発することを目標とした研究計画を策定するとともに、これに基づいた2013年度(平成25年度)の研究成果について記載した。

論文

Event structure and double helicity asymmetry in jet production from polarized $$p + p$$ collisions at $$sqrt{s}$$ = 200 GeV

Adare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; Akiba, Y.*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; Aoki, K.*; Aphecetche, L.*; Armendariz, R.*; et al.

Physical Review D, 84(1), p.012006_1 - 012006_18, 2011/07

 被引用回数:25 パーセンタイル:72.31(Astronomy & Astrophysics)

重心エネルギー200GeVでの縦偏極陽子陽子衝突からのジェット生成のイベント構造と二重非対称($$A_{LL}$$)について報告する。光子と荷電粒子がPHENIX実験で測定され、イベント構造がPHYTIAイベント生成コードの結果と比較された。再構成されたジェットの生成率は2次までの摂動QCDの計算で十分再現される。測定された$$A_{LL}$$は、一番低い横運動量で-0.0014$$pm$$0.0037、一番高い横運動量で-0.0181$$pm$$0.0282であった。この$$A_{LL}$$の結果を幾つかの$$Delta G(x)$$の分布を仮定した理論予想と比較する。

論文

Identified charged hadron production in $$p + p$$ collisions at $$sqrt{s}$$ = 200 and 62.4 GeV

Adare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; 秋葉 康之*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; 青木 和也*; Aphecetche, L.*; Armendariz, R.*; et al.

Physical Review C, 83(6), p.064903_1 - 064903_29, 2011/06

 被引用回数:156 パーセンタイル:99.42(Physics, Nuclear)

200GeVと62.4GeVでの陽子陽子の中心衝突からの$$pi, K, p$$の横運動量分布及び収量をRHICのPHENIX実験によって測定した。それぞれエネルギーでの逆スロープパラメーター、平均横運動量及び単位rapidityあたりの収量を求め、異なるエネルギーでの他の測定結果と比較する。また$$m_T$$$$x_T$$スケーリングのようなスケーリングについて示して陽子陽子衝突における粒子生成メカニズムについて議論する。さらに測定したスペクトルを二次の摂動QCDの計算と比較する。

論文

Azimuthal correlations of electrons from heavy-flavor decay with hadrons in $$p+p$$ and Au+Au collisions at $$sqrt{s_{NN}}$$ = 200 GeV

Adare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; 秋葉 康之*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; 青木 和也*; Aphecetche, L.*; Aramaki, Y.*; et al.

Physical Review C, 83(4), p.044912_1 - 044912_16, 2011/04

 被引用回数:8 パーセンタイル:52.71(Physics, Nuclear)

重いフレーバーのメソンの崩壊からの電子の測定は、このメソンの収量が金金衝突では陽子陽子に比べて抑制されていることを示している。われわれはこの研究をさらに進めて二つの粒子の相関、つまり重いフレーバーメソンの崩壊からの電子と、もう一つの重いフレーバーメソンあるいはジェットの破片からの荷電ハドロン、の相関を調べた。この測定は重いクォークとクォークグルオン物質の相互作用についてのより詳しい情報を与えるものである。われわれは特に金金衝突では陽子陽子に比べて反対側のジェットの形と収量が変化していることを見いだした。

論文

Measurement of neutral mesons in $$p$$ + $$p$$ collisions at $$sqrt{s}$$ = 200 GeV and scaling properties of hadron production

Adare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; Akiba, Y.*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; Aoki, K.*; Aphecetche, L.*; Armendariz, R.*; et al.

Physical Review D, 83(5), p.052004_1 - 052004_26, 2011/03

 被引用回数:149 パーセンタイル:98.49(Astronomy & Astrophysics)

RHIC-PHENIX実験で重心エネルギー200GeVの陽子陽子衝突からの$$K^0_s$$, $$omega$$, $$eta'$$$$phi$$中間子生成の微分断面積を測定した。これらハドロンの横運動量分布のスペクトルの形はたった二つのパラメーター、$$n, T$$、のTsallis分布関数でよく記述できる。これらのパラメーターはそれぞれ高い横運動量と低い横運動量の領域のスペクトルを決めている。これらの分布をフィットして得られた積分された不変断面積はこれまで測定されたデータ及び統計モデルの予言と一致している。

論文

Model calibration of small and large-scale laboratory THM experiments of the MX-80 bentonite

千々松 正和*; B$"o$rgesson, L.*; 藤田 朝雄; Hernelind, J.*; Jussila, P.*; Nguyen, T. S.*; Rutqvist, J.*; Jing, L.*

Proceedings of 2nd International Conference on Coupled T-H-M-C Processes in Geo-systems; Fundamentals, Modeling, Experiments and Applications (GeoProc 2006), p.254 - 260, 2006/05

DECOVALEX-THMCのTaskAでは、5チームが高レベル放射性廃棄物地層処分のニアフィールドにおけるTHM連成問題についての検討を行っている。各チームは膨潤圧試験,浸潤試験,温度勾配試験及びCEM実規模試験での試験結果に対するモデルのキャリブレーションを行った。本研究は、各チームのモデル及びキャリブレーション結果と試験結果との比較について論ずる。

論文

Influence of coupled THM phenomena on the safety of a spent fuel repository; A Near-field study

Nguyen, T. S.*; B$"o$rgesson, L.*; 千々松 正和*; 藤田 朝雄; Hernelind, J.*; Jussila, P.*; Rutqvist, J.*; Jing, L.*

Proceedings of 2nd International Conference on Coupled T-H-M-C Processes in Geo-systems; Fundamentals, Modeling, Experiments and Applications (GeoProc 2006), p.141 - 149, 2006/05

処分場で発生する不確実性に対する解決方策の1つとして、熱-水-応力-化学連成現象の解明が挙げられる。本論では、このような処分場に起こる不確実性評価に資することを目的に設定されたDECOVALEX-THMCのTask Aについて、特に、設定された問題、その背景及び試解析結果を示すものである。

口頭

レーザー光を用いた福島燃料デブリ取出し技術に関する研究開発,5; レーザースキャナを用いた溶断・破砕対象物の幾何形状認識特性

山田 知典; 武部 俊彦; 松永 幸大; Nguyen, P. L.; 村松 壽晴

no journal, , 

原子力機構では、福島第一原子力発電所の炉容器下部に堆積していると考えられる燃料デブリ及び炉内構造物の取出し技術の確立を目指した研究開発を行っている。この取出し技術としては、遠隔操作により燃料デブリの形状、組成などを分析可能な外界センサーが必要となる。本報告では、原子力利用で実績のあるレーザースキャナを用いた基礎実験により、幾何形状認識特性を調査した。供試材は、アルミナペレットであり、直径$$phi$$8.66mm(標準偏差0.0108mm)、高さ10.03mm(標準偏差0.0274mm)であり、1mm間隔の方眼紙上に配置した。レーザースキャナにより各セラミックスの直径を測定したところ、平均8.703mm(標準偏差0.1546mm)であり、場所によりばらつきが多少存在した。この誤差がz方向にも同様と考えると、x-y-z 3軸ロボットで使用しているレーザーの集光点でのスポット径が0.6mmであることから、z方向にレーザー加工ヘッドが0.3mm移動した場合、スポット径は約0.62mmとなり、試験片表面での入熱密度(W/cm$$^{2}$$)は6.3%程度減少することになる。今後は、入熱密度,アシストガスなどの影響を踏まえて、測定精度が切断・破砕性能に及ぼす影響を検討して行く必要がある。

口頭

レーザー光を用いた福島燃料デブリ取出し技術に関する研究開発,1; 研究開発計画の概要

村松 壽晴; 山田 知典; 羽成 敏秀; 武部 俊彦; 松永 幸大; Nguyen, P. L.

no journal, , 

燃料と炉内構造物が溶融混合再凝固した燃料デブリの取出しに求められる工法に対しては、(1)任意形状を持つ燃料デブリに対応できること、(2)靭性の高い金属の溶断に加え、靭性の低い高硬度セラミックス(HV 1300)にも対応できること、(3)熱伝導過程を阻害するキャビティーを有するポーラス体燃料デブリにも対応できること、(4)核燃料物質、炉内構造物及びそれらの酸化物から成る多成分燃料デブリにも対応できることなどが要求される。原子力機構では、これらを可能とする取出し工法の一つとして、レーザー光を用いた溶断・破砕技術に着目し、工学的観点からこれを実現するための研究を進めている。本報では、研究開発目標及び計画の概要について紹介する。

口頭

レーザー光を用いた福島燃料デブリ取出し技術に関する研究開発,9; レーザー溶断性能に影響を及ぼす支配因子の一般化

山田 知典; 羽成 敏秀; 武部 俊彦; 松永 幸大; Nguyen, P. L.; 村松 壽晴

no journal, , 

原子力機構では、福島第一原子力発電所の炉容器下部に堆積していると考えられる燃料デブリおよび炉内構造物の取出し技術の確立を目指した研究開発を行っている。取出し作業は遠隔操作で行うため、振動などの外乱が溶断性能に大きく影響を与える可能性が考えられる。本報告では、金属としての特性を示す領域を対象として、溶断性能に影響を与える複数のパラメータを多次元表示し、外乱などが存在する場合でも常に溶断できるように制御するため、金属の溶融に関するパラメータと溶融金属の排出に関するパラメータに分けてそれらの影響を評価した。着目したパラメータのうち、レーザー出力が溶断性能に最も影響を与えることが確認でき、さらにアシストガス流量の増加や、走査速度の低下も有効であることが確認できた。常に溶断できるように制御する場合には、最も影響のあるレーザー出力の制御が必要になると考えられるが、高出力にすることで、スパッタなどの発生量の増加が懸念され、溶断状況の観察を妨げる可能性も懸念される。したがって、低出力で、アシストガス流量や走査速度を制御するなど、溶断状況を考慮して制御する必要がある。

口頭

レーザー光を用いた福島燃料デブリ取出し技術に関する研究開発,10; レーザー加工プロセスシミュレーションコードSPLICEによる溶断時過渡温度特性

村松 壽晴; 山田 知典; Nguyen, P. L.; 吉氏 崇浩*; 近藤 敦哉*; 古谷 章*

no journal, , 

燃料デブリ取出し作業の過程で遭遇すると考えられる様々な成分から成る金属材料に対するレーザー溶断条件の適切化を行えるようにするため、気-液-固相変化を含む伝熱流動現象を数値解析的に取扱うレーザー加工プロセスシミュレーションコードSPLICEの開発を進めている。本報告では、レーザー溶断時の金属材料表面における過渡温度挙動と溶断性能との関連性をSPLICEコードにより評価した結果について報告する。

口頭

レーザー光を用いた福島燃料デブリ取出し技術に関する研究開発,7; レーザー溶断時の温度過渡特性の評価

Nguyen, P. L.; 武部 俊彦; 羽成 敏秀; 山田 知典; 村松 壽晴

no journal, , 

Experiment of temperature measurement was performed to investigate the transient temperature characteristics of molten metal during the laser cutting process. The relationship between temperature of the top surface and inside material was determined by using thermography and thermocouple. In addition, the temperature distributions were obtained with different cutting speeds. The appearance of temperature on the top surface is different in case of fail cutting compared with success cutting.

口頭

レーザー光を用いた複雑形状対象物の溶断・破砕

山田 知典; 羽成 敏秀; 武部 俊彦; 松永 幸大; Nguyen, P. L.; 村松 壽晴

no journal, , 

原子力機構では、福島第一原子力発電所の炉容器下部に堆積していると考えられる燃料デブリ及び炉内構造物の取出し技術の確立を目指した研究開発を行っている。スリーマイル島原子力発電所2号機の原子炉構造物損傷状況の知見より、燃料デブリは金属としての性質を持つ領域と、セラミックスとしての性質を持つ領域が存在し、それらが任意の形状で空間的に分散していると考えられる。この取出し技術としては、遠隔操作により燃料デブリの形状、組成などを分析可能な外界センサーが必要であり、得られた情報を基に可制御パラメータを適切に設定して溶断、破砕を行う必要がある。本研究では、レーザースキャナとx-y-z 3軸ロボットを組合せることで、遠隔操作により試験片の溶断・破砕を行った。試験片は、ステンレス鋼の表面にアルミナペレットを接着させた物であり、金属領域とセラミックス領域を含有する複雑形状対象物である。レーザースキャナにより得られた情報を基に溶断・破砕を行うことで、金属領域では、レーザー光は裏面まで貫通し、セラミックス領域も破砕できたことから、レーザースキャナを利用した対象物の形状認識が有効であることが確認できた。

口頭

レーザー光を用いた福島燃料デブリ取出し技術に関する研究開発,12; 水中レーザー溶断性能の応答曲面表示

山田 知典; 羽成 敏秀; 武部 俊彦; 松永 幸大; Nguyen, P. L.; 村松 壽晴

no journal, , 

原子力機構では、福島第一原子力発電所の炉容器下部に堆積していると考えられる燃料デブリ及び炉内構造物の取出し技術の確立を目指した研究開発を行っている。遠隔操作により対象物を溶断する場合、その環境が溶断性能に大きく影響を与える可能性がある。本報告では、水中においてレーザー溶断試験を実施し、金属の溶融及び、溶融金属の排出に関するパラメータの影響を評価した。気中では30mm厚の軟鋼を溶断できる照射条件(レーザー出力6kW、走査速度66mm/min、アシストガス流量70l/min)で水中溶断試験を行ったが、溶断できなかった。溶断面の観察では、金属が溶融した形跡は確認できたが、カーフ内部で固まっていた。これは、低流量のため、溶融金属がカーフ外に吹き飛ばされる前に、水と接した所が凝固したことが原因と考えられる。流量を350l/minに増加させた場合、溶断初期の裏面に切り残した領域が存在したが、30mm厚の軟鋼を溶断できた。これらの結果から、水中溶断性能の応答曲面表示を行い、気中溶断性能と比較すると、溶断可能な領域が縮小しており、状況に応じたパラメータ設定が必要となることが確認できた。

口頭

Evaluation of fiber laser cutting and crushing applied to the removal technology of fuel debris and in-vessel structures

山田 知典; 羽成 敏秀; 武部 俊彦; 松永 幸大; Nguyen, P. L.; 村松 壽晴

no journal, , 

福島第一原子力発電所の廃止措置作業では、燃料と炉内構造物とが溶融混合凝固した燃料デブリなどを取出す遠隔操作技術が必要となる。レーザー光を熱源とした切断工法は、遠隔操作性に優れるとともに、狭隘部での作業が可能なこと、レーザー照射時の反力が著しく小さいことなどの特徴から、燃料デブリの取出し技術の一つとして期待される。本研究では、レーザー溶断、破砕性能を評価するために金属やセラミックスを用いて照射試験を行った。連続発振では、30mm厚のSS400を切断でき、パルス照射では$$phi$$10mmのアルミナペレットを破砕できた。さらに、x-y-z3軸ロボットシステムにレーザースキャナと高出力ファイバーレーザーを接続することにより、金属-セラミックス混合体の溶断、破砕が可能であった。これらの成果は、廃止措置作業で要求されるシステム仕様の明確化などへの貢献が期待される。

口頭

レーザー光を用いた福島燃料デブリ取出し技術に関する研究開発,13; レーザー溶断の適応制御に向けた光温度信号の特性評価

羽成 敏秀; 山田 知典; 武部 俊彦; 松永 幸大; Nguyen, P. L.; 村松 壽晴

no journal, , 

原子力機構では、福島第一原子力発電所の炉容器下部に堆積していると考えられる燃料デブリおよび炉内構造物の取出し技術の確立を目指した研究開発を行っている。燃料デブリ取出しに向けたレーザー溶断の適応制御システム実現のためには、溶断状況をモニタリングするなどして、適切な条件を維持するための指標を得る必要がある。本発表では、レーザー溶断時のカーフ部近傍からの熱放射光に着目し、2色温度計からの光温度信号の特性についての評価結果について報告する。溶断性能が悪化する場合、光温度信号は溶融領域からのスパッタや乱反射の増加に起因して、信号平均値に対する振幅の比率が急激に上昇する傾向を示すため、この比率の時系列挙動を常時監視することで溶断性能の悪化を捕らえることが可能であることをレーザー溶断実験の結果より確認した。また、この比率を基に作成した応答曲面データを指標として溶断性能の良否をモニタリングし、レーザー溶断条件の適切化を行うことにより、溶断性能の改善が期待できる。

口頭

Evaluation of pulsed laser irradiation on concrete using a QCW laser system

Nguyen, P. L.; 大道 博行; 松永 幸大; 羽成 敏秀; 寺田 隆哉; 山田 知典; 河内 哲哉

no journal, , 

Laser irradiation techniques for removing degraded parts of concrete structure such as tunnel's concrete of railways safely and efficiently is an urgent task, since the significant defects in wall concrete have been detected in the JR West tunnels, Japan. In this work, the characteristic of hole drilled into concrete and the material removal mechanism corresponding to the temperature of surface concrete during laser drilling were investigated by using high speed camera and thermography. The QCW (Quasi continuous wave) fiber laser system having compact dimensions was used in this experiment allowing for a maximum peak power of 1.5 kW and average power of 150 W, operating at 1070 nm. Results show that the melt concrete is removed from the interaction zone both in vapor and melt liquid state. Also the melt concrete expulsion has a significant effect of variation in peak power and pulse duration. In addition, the penetration depth was achieved on 20 mm thick with peak power of 1600 W within 10 s. This basic study of pulsed laser drilling provides useful information to control and enhance the performance for laser irradiation on concrete.

口頭

レーザー光を用いた福島燃料デブリ取出し技術に関する研究開発,14; レーザー溶断適応制御システムを用いた厚板金属溶断時の特性評価

羽成 敏秀; 山田 知典; 松永 幸大; Nguyen, P. L.; 中村 将輝; 村松 壽晴

no journal, , 

原子力機構では、原子炉の高経年化による廃止措置に向けた厚板溶断技術の確立を目指した研究開発を進めている。現在、レーザー溶断適応制御システムの実機適用を見据えたプロトタイプを構築し、制御パラメータの特性評価とシステム適用範囲の検証を行っている。本発表では、同システムを用いた厚板金属に対する溶断性能の高度化について報告する。高度化のためにレーザー照射部からの光信号の時間変化を基に制御を行い、レーザー出力とアシストガス圧力を制御することで、溶断プロセスを安定化できる見通しが得られた。

口頭

Evaluation of characteristic of pulsed laser irradiation on concrete using a QCW laser system

Nguyen, P. L.; 大道 博行; 松永 幸大; 寺田 隆哉; 山田 知典; 河内 哲哉

no journal, , 

Laser irradiation techniques for removing degraded parts of concrete structure such as tunnel concrete of railways safely and efficiently is an urgent task, since the significant defects in wall concrete have been detected in the JR West tunnels, Japan. Pulsed laser processing of material is an important part of the laser technical application, which include laser drilling, welding, cutting, etc. In this work, we used the QCW (Quasi continuous wave) fiber laser system with advantages of compact dimensions and high peak power. An understanding of mechanisms of ejected molten material and characteristic of hole drilled in laser drilling concrete is necessary to enhance the performance for pulsed laser irradiation on concrete. This basic study of pulsed laser irradiation provides useful information to control and enhance the performance for laser irradiation on concrete.

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