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報告書

地質環境の長期安定性に関する研究,年度報告書; 平成29年度

石丸 恒存; 尾方 伸久; 島田 顕臣; 浅森 浩一; 國分 陽子; 丹羽 正和; 渡邊 隆広; 雑賀 敦; 末岡 茂; 小松 哲也; et al.

JAEA-Research 2018-015, 89 Pages, 2019/03

JAEA-Research-2018-015.pdf:14.43MB

本報は、高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する研究開発のうち、深地層の科学的研究の一環として実施している地質環境の長期安定性に関する研究について、第3期中長期目標期間(平成27年度$$sim$$平成33年度)における平成29年度に実施した研究開発に係る成果を取りまとめたものである。第3期中長期目標期間における研究の実施にあたっては、最終処分事業の概要調査や安全審査基本指針等の検討・策定に研究成果を適宜反映できるよう、(1)調査技術の開発・体系化、(2)長期予測・影響評価モデルの開発、(3)年代測定技術の開発の三つの枠組みで進めている。本報告では、それぞれの研究分野に係る科学的・技術的背景を解説するとともに、主な研究成果及び今後の課題等について述べる。

報告書

地質環境の長期安定性に関する研究,年度計画書; 平成30年度

石丸 恒存; 尾方 伸久; 島田 顕臣; 浅森 浩一; 國分 陽子; 丹羽 正和; 渡邊 隆広; 雑賀 敦; 末岡 茂; 小松 哲也; et al.

JAEA-Review 2018-020, 46 Pages, 2019/01

JAEA-Review-2018-020.pdf:1.25MB

本計画書は、高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する研究開発のうち、深地層の科学的研究の一環として実施している地質環境の長期安定性に関する研究について、第3期中長期目標期間(平成27年度$$sim$$平成33年度)における平成30年度の研究開発計画である。本計画の策定にあたっては、「地質環境の長期安定性に関する研究」基本計画-第3期中長期計画に基づき、第2期中期目標期間(平成22年度$$sim$$平成26年度)における研究開発の成果、関係研究機関の動向や大学等で行われている最新の研究成果、実施主体や規制機関のニーズ等を考慮した。研究の実施にあたっては、最終処分事業の概要調査や安全審査基本指針等の検討・策定に研究成果を適時反映できるよう、(1)調査技術の開発・体系化、(2)長期予測・影響評価モデルの開発、(3)年代測定技術の開発の三つの枠組みで研究開発を推進していく。

報告書

地質環境の長期安定性に関する研究,年度報告書; 平成28年度

石丸 恒存; 安江 健一*; 浅森 浩一; 國分 陽子; 丹羽 正和; 渡邊 隆広; 横山 立憲; 藤田 奈津子; 雑賀 敦; 清水 麻由子; et al.

JAEA-Research 2018-008, 83 Pages, 2018/12

JAEA-Research-2018-008.pdf:11.43MB

本報は、高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する研究開発のうち、深地層の科学的研究の一環として実施している地質環境の長期安定性に関する研究について、第3期中長期目標期間(平成27年度$$sim$$平成33年度)における平成28年度に実施した研究開発に係る成果を取りまとめたものである。第3期中長期目標期間における研究の実施にあたっては、最終処分事業の概要調査や安全審査基本指針等の検討・策定に研究成果を適時反映できるよう、(1)調査技術の開発・体系化、(2)長期予測・影響評価モデルの開発、(3)年代測定技術の開発の三つの枠組みで進めている。本報では、それぞれの研究分野に係る科学的・技術的背景を解説するとともに、主な研究成果及び今後の課題等について述べる。

論文

TEF beam window design and evaluation of structural integrity

大林 寛生; 武井 早憲; Wan, T.; 粉川 広行; 岩元 大樹; 佐々 敏信

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.041002_1 - 041002_7, 2015/09

The objective of this study is to evaluate the feasibility of a designed target beam window (BW) of J-PARC Transmutation Experimental Facility by the numerical analysis with a 3D model. In the typical case, the peak current density and the profile of the proton beam were set to 20 $$mu$$A/cm$$^{2}$$ and a Gaussian shape, respectively. The flow rate of Lead Bismuth Eutectic (LBE) coolant and temperature at the inlet were 1 l/sec and 350 $$^{circ}$$C. In this case, the maximum velocity of LBE and the maximum temperature appeared at the top of the BW were about 1.2 m/sec and 477 $$^{circ}$$C. The maximum shear stress was 190 MPa, which was observed at the center on the outside surface of a beam window. The value was lower than the tolerance level of the stress strength of the material given by the legal limitation which is applied to the fast reactor. The repeated stress was evaluated to be below a permission level. Accordingly, the feasibility of a designed BW was confirmed in terms of structural design.

論文

Mesoscopic structures of vermiculite and weathered biotite clays in suspension with and without cesium ions

元川 竜平; 遠藤 仁*; 横山 信吾*; 小川 紘樹*; 小林 徹; 鈴木 伸一; 矢板 毅

Langmuir, 30(50), p.15127 - 15134, 2014/12

 被引用回数:11 パーセンタイル:46.5(Chemistry, Multidisciplinary)

The effect of cesium (Cs) adsorption on the mesoscopic structure of the clay minerals vermiculite and weathered biotite (WB) in suspensions was elucidated by small-angle X-ray scattering (SAXS). The clay minerals form multilayered structures and the Cs cations are strongly adsorbed in the interlayer space of the soil clays, in particular vermiculite and WB. SAXS was used to monitor the relationship between Cs adsorption at the clay interlayers and the structural changes at length scales from 0.1 to 100 nm. The variation in the distance between the neighboring clay sheets and the spatial arrangement of the clay sheets with and without Cs were clarified. Our quantitative analyses revealed that the number of stacked layers of pure vermiculite was decreased by Cs addition, whereas that of WB increased. Moreover, the average distance between the neighboring layers of vermiculite in suspension was larger than that of WB, which reflects the different conditions of Cs intercalation. These findings provide fundamental insights that are important for predicting the environmental fate of radioactive cesium in contaminated regions and for developing methods for extracting cesium from soil.

論文

Monopole-driven shell evolution below the doubly magic nucleus $$^{132}$$Sn explored with the long-lived isomer in $$^{126}$$Pd

Watanabe, H.*; Lorusso, G.*; 西村 俊二*; Otsuka, T.*; Ogawa, K.*; Xu, Z. Y.*; 炭竃 聡之*; S$"o$derstr$"o$m, P.-A.*; Doornenbal, P.*; Li, Z.*; et al.

Physical Review Letters, 113(4), p.042502_1 - 042502_6, 2014/07

 被引用回数:13 パーセンタイル:26.29(Physics, Multidisciplinary)

A new isomer with a half-life of 23.0(8) ms has been identified in $$^{126}$$Pd at 2406 keV excitation. The proposed spin and parity configuration is 10$$^{+}$$, with maximally aligned configuration of two $$h$$$$_{11/2}$$ neutron hole. $$beta$$-decay from the long-lived isomer was also observed to populated excited states at high spins in $$^{126}$$Ag. The small energy difference between the 10$$^{+}$$ and 7$$^{-}$$ isomers in $$^{126}$$Pd was interpreted in the frame of the monopole shift of the 1$$h$$$$_{11/2}$$ neutron orbit. The effects of the monopole interaction on the evolution of single-neutron energies below $$^{132}$$Sn are discussed in terms of central and tensor forces.

論文

Study on the structural integrity of beam window for TEF target

武井 早憲; 大林 寛生; 岩元 大樹; 粉川 広行; 佐々 敏信

Proceedings of 11th International Topical Meeting on Nuclear Applications of Accelerators (AccApp '13), p.311 - 316, 2014/05

J-PARC第2期計画として検討している核変換実験施設(TEF)において、鉛ビスマスターゲットのビーム窓の構造成立性を評価するために、熱流動解析及び熱応力解析を行った。解析では、(1)ビーム窓に入射する陽子ビームの電流密度と形状、(2)鉛ビスマスの流量と入口温度、(3)ビーム窓の厚さを変化させた時のビーム窓の温度と熱応力を求めた。その結果、電流分布がガウス分布、ピーク電流密度が20$$mu$$A/cm$$^{2}$$、鉛ビスマス流量が$$1ell/sec$$のリファレンスケースの場合、トレスカ応力の最大値は制限値より小さくなり、ビーム窓として構造的に成立することがわかった。

論文

原子力エネルギーを利用した製鉄プラント用グリーン水素製造

小川 益郎; 笠原 清司; 稲垣 嘉之; 野口 弘喜

「グリーンエネルギー製鉄研究会」成果報告書, p.4 - 44, 2012/03

原子力エネルギーを利用した製鉄プラント用グリーン水素製造はCO$$_{2}$$排出削減の候補の一つである。超高温ガス炉(VHTR)は第4世代原子炉の中で最もこの用途に適している。日本では、1973-1980年にかけて大型国家プロジェクトとして原子力製鉄のR&Dが行われた。プロセスは、核熱による蒸留残渣の改質による還元ガスの製造と、還元ガスによる鉄鉱石の直接還元を採用した。ここでは、全体システム,高温熱交換器,高温耐熱合金,高温断熱材,改質器,直接還元製鉄シャフト炉の6テーマのR&Dが行われた。現在、技術的な要求とCO$$_{2}$$排出削減という新たな要求に対応するため、還元ガスを水素に置き換えたプロセスが提案されている。日本原子力研究開発機構において、VHTRのR&Dと熱化学水素製造IS(ヨウ素-硫黄)プロセスの研究が行われている。VHTR-ISプロセス水素での直接還元による水素製鉄プロセスの概念検討が、日本鉄鋼協会のグリーンエネルギー製鉄研究会において2008-2012年に行われた。

論文

Microscopic structures of tri-$$n$$-butyl phosphate/$$n$$-octane mixtures by X-ray and neutron scattering in a wide $$q$$ range

元川 竜平; 鈴木 伸一; 小川 紘樹*; Antonio, M. R.*; 矢板 毅

Journal of Physical Chemistry B, 116(4), p.1319 - 1327, 2012/02

 被引用回数:23 パーセンタイル:36.11(Chemistry, Physical)

Tri-$$n$$-butyl phosphate (TBP) is an important extractant for separating hexavalent uranium and tetravalent plutonium from used nuclear fuel by solvent extraction. In such solvent extractions using TBP, the organic phase occasionally separates into two organic phases, namely, light and heavy organic phases. The latter one in particular is called the third phase. The purpose of this work is to elucidate the mechanism whereby the third phase forms in biphasic liquid-liquid solvent extraction of heavy metal ions. Toward this end, small- and wide-angle X-ray and neutron scattering experiments were conducted to examine the microscopic structures of TBP/octane mixtures. These investigations of solute associations provide insights into system performance. After the extraction of heavy metal ions, for example, the microscopic structures formed in the organic phase are likely to be correlated with the initial microscopic structures, which are revealed here. SWAXS and SWANS, with accurate estimations of incoherent scattering intensities for all solution samples, revealed the following: (1) TBP self-associates in octane, and the average distance between two TBP molecules in the TBP assemblies is evaluated as 0.9-1.0 nm; (2) the shape of the TBP assembly is ellipsoidal; and (3) the attractive interaction among TBP assemblies in octane is miniscule, and thus, they tend to be dispersed homogeneously due to the excluded volume effect.

論文

Application of thermochemical hydrogen production iodine-sulfur process to shaft furnace direct reduction ironmaking process

笠原 清司; 久保 真治; 野口 弘喜; 大橋 弘史; 小川 益郎

Proceedings of International Symposium on Ironmaking for Sustainable Development 2010, p.84 - 87, 2010/01

ISプロセスは約900$$^{circ}$$Cの熱を利用して水素を製造するプロセスである。ISプロセスとシャフト炉水素直接還元を組合せた製鉄プラントを提案し、フローシート計算により熱物質収支解析を行った。本プロセスを通常の高炉製鉄プラント,改質ガス直接還元プラントと比較した結果、所要投入熱量はこれらよりも高くなるものの、製鉄プラントの課題であるCO$$_{2}$$発生量については、高炉プラントの発生量の8%と極めて大きく削減できることを明らかにした。

論文

A Preliminary comprehensive dynamic analysis of the typical FaCT scenarios with JSFR and related fuel cycle facilities

塩谷 洋樹; 小野 清; 小川 隆; 駒 義和; 川口 浩一

Proceedings of 2009 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '09) (CD-ROM), p.9419_1 - 9419_10, 2009/05

FaCTプロジェクトで開発中のFBRと関連燃料サイクル施設への典型的な移行シナリオに関して、予備的な包括評価を実施した。各施設における物質の組成評価や廃棄物発生量評価に加え、長期的な経済性を把握するために22世紀までのキャッシュフローと平均発電原価を試算した。廃棄物発生量とキャッシュフローのピークが数か所で見られたが、発電所と軽水炉使用済燃料の再処理施設の廃止と建設が原因であった。さらに、異なる増殖比,共用の再処理施設,MA(Am-Cm)リサイクルの有無に着目した比較を試みた。例えば、増殖比については、導入期の最適な炉心として増殖比1.1から1.2の間で検討されることは合理的であるとの暫定的な結論が得られた。

論文

Temperature-dependent nano-scale dynamics of PVA physical gel

高橋 伸明; 西田 幸次*; 井上 倫太郎*; 小川 紘輝*; 金谷 利治*; 長尾 道弘*

NSL News Letter, 2007-4, p.155 - 157, 2007/04

ポリビニルアルコール(PVA)は、PVA溶液を高温(100度)から低温(室温)へクエンチすることにより物理ゲル化する。このPVA物理ゲルの架橋点はPVAの微結晶により構成され、85度にゲルの融点が存在する。中性子スピンエコー分光器を用い、物理ゲルの融点以下の温度領域におけるナノスケールダイナミクスの温度依存性を評価した。得られた結果を中性子小角散乱(SANS)測定結果と合わせ考察する。

報告書

ガドリニウムを添加した6wt%濃縮硝酸ウラニル溶液と格子間隔1.5cm棒状燃料とで構成するSTACY非均質炉心の核特性解析

井澤 一彦; 青山 康夫; 曽野 浩樹; 小川 和彦; 柳澤 宏司

JAEA-Technology 2007-001, 40 Pages, 2007/02

JAEA-Technology-2007-001.pdf:2.73MB

日本原子力研究開発機構の定常臨界実験装置STACYでは、2006年度に、非均質炉心での臨界実験を実施している。当該炉心は、可溶性毒物(ガドリニウム)を添加した硝酸ウラニル溶液燃料($$^{235}$$U濃縮度6wt%)及び格子間隔1.5cmで配置した二酸化ウラン棒状燃料($$^{235}$$U濃縮度5wt%)333本で構成される。その実験に先立ち、当該炉心の核的安全性及び核的制限値の評価を目的として核特性解析を行った。解析対象とした項目は、臨界,反応度及び原子炉停止余裕に関するパラメータである。解析には、モンテカルロコードMVP及び核計算コードシステムSRACを使用し、断面積ライブラリにはJENDL-3.3を用いた。解析の結果、当該実験で使用するすべての燃料条件下において、原子炉停止余裕が安全基準に適合する見通しであることを確認した。また、運転時に制限値の確認を容易に行うため、臨界液位,反応度等に関する解析値を補間する簡易推定式を評価した。

論文

STACYにおける模擬FP付加燃料を用いた運転・管理

井澤 一彦; 関 真和; 広瀬 秀幸; 神永 城太; 青山 康夫; 吉田 博; 曽野 浩樹; 小川 和彦; 桜庭 耕一

UTNL-R-0453, p.9_1 - 9_10, 2006/03

日本原子力研究開発機構原子力科学研究所のSTACY施設(定常臨界実験装置)は、ウラン硝酸水溶液,プルトニウム硝酸水溶液、及びウラン・プルトニウム混合硝酸水溶液を燃料とする臨界実験装置で、溶液燃料体系のベンチマークデータの取得、及び再処理施設における臨界安全裕度の確認を目的としている。STACY施設では、平成7年2月の初臨界以降、平成18年3月までに、炉心タンクの形状や寸法、また燃料の組成を変更しながら533回の運転を実施してきている。平成17年度には、再処理施設の溶解工程を模擬した非均質炉心において核分裂生成物を模擬した可溶性毒物を付加した溶液燃料を用いた運転を行った。本報告では、今回運転を行うにあたって、燃料調製及び臨界液位推定に用いた手法について紹介する。

論文

Neutron spin-echo studies on poly(vinyl alcohol) gels during melting process

高橋 伸明; 西田 幸次*; 坪内 剛士*; 小川 紘輝*; 井上 倫太郎*; 金谷 利治*; 長尾 道弘*

ISSP Activity Report on Neutron scattering Research; Experimental Reports (CD-ROM), 13, 2 Pages, 2006/00

ポリビニルアルコール(PVA)物理ゲルの昇温による融解過程において中性子スピンエコー測定を行った。PVA物理架橋ゲルは架橋点がPVAの微結晶で形成されているため、昇温により85度で融解する。室温,60度,70度,80度の各温度において測定を行った。それぞれの温度で得られた中間散乱関数I(Q, t)/I(Q, 0)は、非減衰項と緩和項の足し合わせで記述した式に上手くフィットした。非減衰成分の全散乱強度に占める割合(fn(Q))とQの関係から、架橋点である微結晶の熱揺らぎのサイズを見積もった。微結晶の熱揺らぎのサイズを測定温度に対してプロットしたところ、70度付近から急激な増大が見られ、マクロなゲルの融点(85度)以下の温度にナノスケールでの熱揺らぎの増大が見られることが明らかとなった。

論文

TRACY施設の計画外停止について; 原因及び対策

曽野 浩樹; 塚本 導雄; 會澤 栄寿; 竹内 真樹; 深谷 裕司; 伊勢田 浩克*; 小川 和彦; 桜庭 耕一; 外池 幸太郎

UTNL-R-0446, p.3_1 - 3_10, 2005/03

日本原子力研究所のTRACY施設において、平成16年6月17日に発生した安全棒誤作動による計画外停止に関し、その原因調査と再発防止対策について報告する。調査の結果、安全棒誤作動の主たる原因は、異物混入による安全棒保持力の低下と特定された。その再発防止対策として、異物の発生防止,異物が混入する機会の低減,異物の確実な検知を講じることとした。今回の経験を通じて得られた教訓が、研究炉等の運転管理に従事する関係者において広く共有されることを期待する。

報告書

高速増殖炉サイクルの実用化戦略調査研究フェーズII中間報告; 原子炉プラントシステム技術検討書

此村 守; 小川 隆; 岡野 靖; 山口 浩之; 村上 勤; 高木 直行; 西口 洋平; 杉野 和輝; 永沼 正行; 菱田 正彦; et al.

JNC-TN9400 2004-035, 2071 Pages, 2004/06

JNC-TN9400-2004-035.pdf:76.42MB

ナトリウム冷却炉、鉛ビスマス冷却炉、ヘリウムガス冷却炉及び水冷却炉について、革新技術を導入し炉型の特徴を活かした炉システム概念を構築し、その概念の成立の見通しを得るための検討を行うとともに、設計要求への適合性を評価した。その結果、2015年頃に高速増殖炉技術を実用化するためには、現状の知見で課題とされた項目で画期的な技術革新がないかぎり、ナトリウムを冷却材して選択することが合理的であることが明らかとなった。

論文

High performance tokamak experiments with a ferritic steel wall on JFT-2M

都筑 和泰; 木村 晴行; 川島 寿人; 佐藤 正泰; 神谷 健作; 篠原 孝司; 小川 宏明; 星野 克道; Bakhtiari, M.; 河西 敏; et al.

Nuclear Fusion, 43(10), p.1288 - 1293, 2003/10

 被引用回数:34 パーセンタイル:24.26(Physics, Fluids & Plasmas)

JFT-2Mでは、原型炉のブランケット構造材料の候補である低放射化フェライト鋼とプラズマとの適合性を調べる実験を進めてきている。昨年度にはフェライト鋼内壁を真空容器内に全面的に設置する作業を行い、今年度より実験を開始している。プラズマ生成,制御は問題なく行われ、金属不純物の放出も検出限界以下であった。改善閉じ込め(Hモード)も実現され、そのしきいパワーもこれまでと同等であった。プラズマ安定性に関してもこれまでの所悪影響は観測されておらず、規格化$$beta$$が3を超える放電との共存性も示された。高速イオンのリップル損失に関しても顕著な低減が実証された。以上のように、フェライト鋼の悪影響は小さく、有望な結果を得ている。JFT-2Mでは、その他にも先進的、基礎的な研究を行っている。先進的粒子供給手法であるコンパクトトロイド(CT)入射実験においては、再現性よくプラズマ中へ入射が行われ、CT入射に伴う密度の急上昇が初めて明確に観測された。

報告書

平成7年度 実用リサイクル炉概念検討報告書; ダクトレス燃料炉心構造

小川 伸太; 早船 浩樹; 戸澤 克弘; 一宮 正和; 林 秀行; 向坊 隆一

PNC-TN9430 96-007, 354 Pages, 1996/07

PNC-TN9430-96-007.pdf:13.67MB

60万kWeのMOX高燃焼度・長期運転リサイクル炉心を対象に,燃料集合体のダクトを削除したダクトレス燃料炉心の熱流動特性,機械的特性を評価し,ダクトレス炉心の基本概念を明らかにした。主な検討結果は,(1)ダクトレス燃料集合体の基本構造を設定し,その機械的性質を確認した。(2)ダクトレス燃料炉心では炉心領域の流量が一様となり,温度分布の出力分布依存性が高くなる。(3)集合体剛性はダクト型集合体に比べて大幅に低下し,また炉心領域での熱わん曲や照射わん曲が小さい。(4)炉心での自然対流による炉心冷却効果が高く,ピーク温度の低減,炉内温度分布の均一化等,ダクトレス燃料炉心固有の安全性を確認した。

報告書

平成7年度 リサイクル試験炉開発プログレスレポート

笠井 重夫; 戸澤 克弘; 赤津 実; 小川 伸太; 渡辺 一郎; 早船 浩樹; 永沼 正行; 一宮 正和; 林 秀行; 向坊 隆一

PNC-TN9430 96-004, 152 Pages, 1996/07

PNC-TN9430-96-004.pdf:6.15MB

リサイクル試験炉開発における平成7年度の概念設計について報告した。また,概念構築上重要な要素研究として,試験炉での炉内計装技術の調査と引抜型UISにおける機器再使用性を検討し,開発課題を示した。リサイクル試験施設との隣接設置,試験炉での試験内容及び試験炉の運用スケジュールを想定して,試験炉全体の輪郭を示した。次年度の計画も記述した。1)概念の詳細化,2)前提条件の確認,3)実用リサイクル炉概念の開発,4)試験炉での試験シミュレーション。

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