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論文

Development of security and safety fuel for Pu-burner HTGR; Test and characterization for ZrC coating

植田 祥平; 相原 純; 後藤 実; 橘 幸男; 岡本 孝司*

Mechanical Engineering Journal (Internet), 5(5), p.18-00084_1 - 18-00084_9, 2018/10

プルトニウム燃焼高温ガス炉に用いるセキュリティ強化型安全(3S-TRISO)燃料においては、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)を不活性母材とするPuO$$_{2}$$-YSZ燃料核へ、遊離酸素ゲッターの特性を有する炭化ジルコニウム(ZrC)を直接被覆する。2015年度より開始した模擬のYSZ粒子への臭化物化学蒸着法に基づくZrC被覆試験の結果、粒子装荷量100gの条件において被覆層厚さ約18から21$$mu$$mのZrC層の被覆に成功した。また、走査型電子顕微鏡(STEM)を通じて、臭化物法の原料ガスによるYSZ表面の劣化は観察されなかった。

論文

Study on Pu-burner high temperature gas-cooled reactor in Japan; Design study of fuel and reactor core

後藤 実; 相原 純; 稲葉 良知; 植田 祥平; 深谷 裕司; 岡本 孝司*

Proceedings of 9th International Topical Meeting on High Temperature Reactor Technology (HTR 2018) (USB Flash Drive), 6 Pages, 2018/10

日本原子力研究開発機構はプルトニウム燃焼高温ガス炉の設計研究を行っている。プルトニウム燃焼高温ガス炉は核分裂によりプルトニウムを削減するため、効率的な削減には高燃焼度が必要とされる。燃料設計においては、高燃焼度での被覆燃料粒子の破損を防ぐために、酸素ゲッターとして機能し内圧を抑制する薄いZrC層を燃料核に被覆することとした。被覆燃料粒子の圧力容器としての機能を持つSiC層の応力解析をZrC層による内圧抑制効果を考慮して行い、500GWd/tの高燃焼度における被覆燃料粒子の破損割合は目標値を満たした。炉心設計においては、高燃焼度を達成するために軸方向燃料シャッフリングを採用することとした。全炉心燃焼計算及び燃料温度計算を行い、炉停止余裕及び反応度温度係数といった核特性値、及び燃料温度は目標値を満たした。

論文

Study on Pu-burner high temperature gas-cooled reactor in Japan; Test and characterization for ZrC coating

植田 祥平; 相原 純; 水田 直紀; 後藤 実; 深谷 裕司; 橘 幸男; 岡本 孝司*

Proceedings of 9th International Topical Meeting on High Temperature Reactor Technology (HTR 2018) (USB Flash Drive), 7 Pages, 2018/10

プルトニウム燃焼高温ガス炉に用いるセキュリティ強化型安全(3S-TRISO)燃料においては、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)を不活性母材とするPuO$$_{2}$$-YSZ燃料核へ、遊離酸素ゲッターの特性を有する炭化ジルコニウム(ZrC)を直接被覆する。2017年度に実施した模擬のCeO$$_{2}$$-YSZ粒子への臭化物化学蒸着法に基づくZrC被覆試験の結果、粒子装荷量100gの条件において被覆層厚さ約3から18$$mu$$mのZrC層の被覆に成功した。

論文

Development of security and safety fuel for Pu-burner HTGR, 2; Design study of fuel and reactor core

後藤 実; 植田 祥平; 相原 純; 稲葉 良知; 深谷 裕司; 橘 幸男; 岡本 孝司*

Proceedings of 25th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-25) (CD-ROM), 6 Pages, 2017/07

PuO$$_{2}$$-YSZ燃料核にZrC被覆を施して3S(核不拡散、安全、核セキュリティ)を向上させた3S-TRISO燃料をプルトニウム燃焼高温ガス炉に導入することが提案されている。本研究では、ZrC被覆の遊離酸素ゲッターとしての有効性を熱化学平衡計算に基づき評価するとともに、3S-TRISO燃料の成立性の予備検討を、燃料内圧に着目して行った。また、炉心燃焼計算を行い炉心成立性について予備検討を行った。熱科学平衡計算の結果は、1600$$^{circ}$$C以下の温度条件で、発生する遊離酸素の全量を薄いZrC層で捕獲されることを示し、燃料核へのZrC被覆は内圧抑制に非常に有効と考えられる。燃焼度500GWd/tでの3S-TRISO燃料の内圧計算結果は、既に概念設計が行われた炉心の同じサイズのUO$$_{2}$$燃料の内圧より低いことから、3S-TRISO燃料の成立性は十分見込まれる。また、炉心燃焼計算の結果は、軸方向燃料シャッフリングの採用により約500GWd/tの高燃焼度の達成が可能なこと及び反応度温度係数を燃焼期間にわたり負を維持できることを示しており、炉心の核的な成立性も十分見込まれる。

論文

Development of security and safety fuel for Pu-burner HTGR, 5; Test and characterization for ZrC coating

植田 祥平; 相原 純; 後藤 実; 橘 幸男; 岡本 孝司*

Proceedings of 25th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-25) (CD-ROM), 4 Pages, 2017/07

プルトニウム燃焼高温ガス炉に用いるセキュリティ強化型安全(3S-TRISO)燃料においては、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)を不活性母材とするPuO$$_{2}$$-YSZ燃料核へ、遊離酸素ゲッターの特性を有する炭化ジルコニウム(ZrC)を直接被覆する。2015年度より開始した模擬のYSZ粒子への臭化物化学蒸着法に基づくZrC被覆試験の結果、粒子装荷量100gの条件において被覆層厚さ約18から21$$mu$$mのZrC層の被覆に成功した。また、走査型電子顕微鏡(STEM)を通じて、臭化物法の原料ガスによるYSZ表面の劣化は観察されなかった。

論文

THALES-2によるフィルターベントシステムの有効性評価

近藤 雅裕*; 吉本 達哉*; 石川 淳; 岡本 孝司*

保全学, 15(4), p.79 - 85, 2017/01

シビアアクシデント総合解析コードTHALES-2にフィルターベントシステムを新規に導入し、軽水炉の全電源喪失事故を対象にソースターム評価を行うことにより、その有効性検討を実施した。これよりフィルターベントが環境への放射性物質の放出低減に有効であること、並びに格納容器スプレイを併用することで環境への放射性物質の放出をより低減可能であることを確認した。

報告書

第2期中期計画における原子力施設の廃止措置と技術開発

照沼 章弘; 三村 竜二; 長島 久雄; 青柳 義孝; 廣川 勝規*; 打它 正人; 石森 有; 桑原 潤; 岡本 久人; 木村 泰久; et al.

JAEA-Review 2016-008, 98 Pages, 2016/07

JAEA-Review-2016-008.pdf:11.73MB

原子力機構は、平成22年4月から平成27年3月までの期間における中期目標を達成するための計画(以下「第2期中期計画」という。)を作成した。また、上記期間中の各年度の業務運営に関する計画(以下「年度計画」という。)を定めている。バックエンド研究開発部門は、この第2期中期計画及び年度計画に基づいて、廃止措置技術開発と原子力施設の廃止措置を進めてきた。本報告は、バックエンド研究開発部門が第2期中期に実施した廃止措置技術開発と原子力施設の廃止措置の結果についてまとめたものである。

論文

Conceptual study of a plutonium burner high temperature gas-cooled reactor with high nuclear proliferation resistance

後藤 実; 出町 和之*; 植田 祥平; 中野 正明*; 本田 真樹*; 橘 幸男; 稲葉 良知; 相原 純; 深谷 裕司; 辻 延昌*; et al.

Proceedings of 21st International Conference & Exhibition; Nuclear Fuel Cycle for a Low-Carbon Future (GLOBAL 2015) (USB Flash Drive), p.507 - 513, 2015/09

高い核拡散抵抗性を有するプルトニウム燃焼高温ガス炉(クリーンバーン炉)の概念が日本原子力研究開発機構から提案されている。高い核拡散抵抗性に加え、更なる安全性向上を目的とし、ZrC被覆を施したPuO$$_{2}$$-YSZ TRISO燃料を導入したクリーンバーン炉の概念検討を行う。本研究では、ZrC被覆を施したPuO$$_{2}$$-YSZ TRISO燃料の製造に関する基盤技術を確立するために製造試験を行う。また、クリーンバーン炉の成立性を確認するためにセキュリティの定量評価、燃料と炉心の設計、及び原子炉の安全評価を行う。本研究は、東京大学,日本原子力研究開発機構,富士電機、及び原子燃料工業により、2014年度から2017年度まで行われる。本発表では、全体計画、及び2014年度に得られた成果について報告する。

論文

Development of the source term PIRT based on findings during Fukushima Daiichi NPPs accident

末廣 祥一*; 杉本 純*; 日高 昭秀; 岡田 英俊*; 溝上 伸也*; 岡本 孝司*

Nuclear Engineering and Design, 286, p.163 - 174, 2015/05

 被引用回数:8 パーセンタイル:18.76(Nuclear Science & Technology)

日本原子力学会のシビアアクシデント評価委員会は、福島第一原子力発電所事故で得られた知見を踏まえ、事故を起こした原子炉におけるデブリの分布や現状を精度よく把握すること、また計算コードによるシビアアクシデントの予測能力を高度化する上で重要な事象を抽出することを目的として、熱水力とソースタームに係る重要度ランク表を作成した。そのうち、ソースタームに係る重要度ランク表(ST PIRT)については、事故進展に従って3つの時間区分と、格納容器内外など9つの区画に区分して専門家が議論と検討を重ね、摘出した68の現象に対して重要度の評価を行うことにより作成した。本報は、作成したソースターム重要度ランク表、及びそれぞれの区分で高い重要度と評価された事象について記載する。

論文

Source term analysis with containment filtered vent system

吉本 達哉*; 石川 淳; 岡本 孝司*; 丸山 結

Proceedings of 9th Korea-Japan Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-9) (CD-ROM), 5 Pages, 2014/11

Containment Filtered Vent System (CFVS) can prevent the containment vessel failure and reduce the release amount of fission products to the environment. After the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant (NPP) accident, Nuclear Regulation Authority of Japan required licensees to introduce CFVS in all BWR plant in Japan to re-operate nuclear power plant. In this paper, a CFVS model was constructed and the impact of CFVS on source term during a severe accident was analyzed. A main objective in this analysis is to understand potential effect of CFVS on source terms. A series of calculations has been performed for a BWR with Mark-I containment vessel (CV) at present by considering only scrubbing efficiency in a water pool using THALES2 code. A severe accident initiated by station blackout is taken to be analyzed, which is similar with the accident at the Fukushima Daiichi NPP. Four cases; drywell CFVS case, wet well (W/W) CFVS case, W/W direct release case and CV failure case, are analyzed.

論文

Electric control of the spin Hall effect by intervalley transitions

岡本 尚也*; 紅林 秀和*; Trypiniotis, T.*; Farrer, I.*; Ritchie, D. A.*; 齊藤 英治; Sinova, J.*; Ma$v{s}$ek, J.*; Jungwirth, T.*; Barnes, C.*

Nature Materials, 13(10), p.932 - 937, 2014/10

 被引用回数:23 パーセンタイル:18.1(Chemistry, Physical)

Controlling spin-related material properties by electronic means is a key step towards future spintronic technologies. The spin Hall effect has become increasingly important for generating, detecting and using spin currents, but its strength-quantified in terms of the SHE angle-is ultimately fixed by the magnitude of the spin-orbit coupling present for any given material system. However, if the electrons generating the SHE can be controlled by populating different areas of the electronic structure with different SOC characteristic the SHE angle can be tuned directly within a single sample. Here we report the manipulation of the SHE in bulk GaAs at room temperature by means of an electrical intervalley transition induced in the conduction band. The spin Hall angle was determined by measuring an electromotive force driven by photoexcited spin-polarized electrons drifting through GaAs Hall bars. By controlling electron populations in different valleys, we manipulated the angle from 0.0005 to 0.02. This change by a factor of 40 is unprecedented in GaAs and the highest value achieved is comparable to that of the heavy metal Pt.

論文

Magnetic and electronic properties of (LaMnO$$_3$$)$$_5$$(SrMnO$$_3$$)$$_5$$ superlattice revealed by resonant soft X-ray scattering

久保田 正人; 山田 浩之*; 中尾 裕則*; 岡本 淳*; 山崎 裕一*; 澤 彰仁*; 村上 洋一*

Japanese Journal of Applied Physics, 53(5S1), p.05FH07_1 - 05FH07_5, 2014/05

 被引用回数:2 パーセンタイル:85.43(Physics, Applied)

We have investigated the magnetic and electronic properties of (LaMnO$$_3$$)$$_5$$(SrMnO$$_3$$)$$_5$$ superlattice fabricated on a lattice-matched La$$_{0.3}$$Sr$$_{0.7}$$Al$$_{0.65}$$Ta$$_{0.35}$$O$$_{3}$$ substrate by resonant soft X-ray scattering. The temperature- and $mbox{boldmath $Q$}$-dependences of the energy spectra were measured around the Mn $$L_{2,3}$$-absorption edges. We successfully observed not only a signal that reflects the valence modulation of Mn ion, but also a magnetic signal reflecting ferromagnetism. Compared with the calculated models, we concluded that the ferromagnetism mainly originates from the magnetic moments at the Mn sites sandwiched by LaO layers.

論文

Antiferromagnetic order of the Co$$^{2+}$$ high-spin state with a large orbital angular momentum in La$$_{1.5}$$Ca$$_{0.5}$$CoO$$_{4}$$

岡本 淳*; 中尾 裕則*; 山崎 裕一*; 和達 大樹*; 田中 新*; 久保田 正人; 堀金 和正*; 村上 洋一*; 山田 和芳*

Journal of the Physical Society of Japan, 83(4), p.044705_1 - 044705_6, 2014/04

 被引用回数:7 パーセンタイル:38.92(Physics, Multidisciplinary)

The antiferromagnetic insulator La$$_{1.5}$$Ca$$_{0.5}$$CoO$$_{4}$$ has been investigated by Co L$$_{2,3}$$-edge and O K-edge X-rayabsorption spectroscopy (XAS) measurements and Co L$$_{2,3}$$-edge resonant soft X-ray magnetic scattering (RXMS)measurement to determine the Co electronic structures associated with magnetic ordering. Co L$$_{2,3}$$-edge linear-dichroicXAS shows that Co$$^{2+}$$ takes a high-spin (HS) state and Co$$^{3+}$$ takes a low-spin (LS) state. Using Co L$$_{2,3}$$-edge RXMS, wedirectly determined that an antiferromagnetic order is formed with a HS state of Co$$^{2+}$$ ions. Moreover, the spin andorbital angular momenta of the Co$$^{2+}$$ HS state are quantitatively estimated to be 1.1$$pm$$0.1 and 1.0$$pm$$0.1, respectively,and to align parallel in the ab plane by utilizing the cluster model calculation. The large orbital angular momentum of the Co$$^{2+}$$ HS state originates from the small $$D_{4h}$$-symmetry crystal field splitting of $$t_{2g}$$ levels, which is comparable with the spin-orbit coupling constant of the Co 3$$d$$ orbital.

論文

Measurements of electron-induced neutrons as a tool for determination of electron temperature of fast electrons in the task of optimization laser-produced plasma ions acceleration

榊 泰直; 西内 満美子; 前田 祥太; 匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; Pikuz, T.; Faenov, A.*; 小倉 浩一; 深見 智代; 松川 兼也*; et al.

Review of Scientific Instruments, 85(2), p.02A705_1 - 02A705_4, 2014/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:81.48(Instruments & Instrumentation)

高強度レーザーとプラズマの相互作用によるイオン発生において、電子特性の計測は不可欠である。そのため、様々な計測手法が提案されているが、今回我々は、光核中性子反応による中性子を計測することで、精度よく電子特性の計測を行う新規性の高い手法を提案する。この手法は、イオン加速エネルギー計測と共にピークパワー1$$times$$10$$^{21}$$W/cm$$^{2}$$のJ-KARENレーザーによって実証された。イオン加速エネルギーと本手法による計測結果は極めて相関をもつことがわかり、改良を重ねて行けば非常に良い計測器になり得ることがわかった。

報告書

JENDL-4.0に基づくORIGEN2用断面積ライブラリセット; ORLIBJ40

奥村 啓介; 杉野 和輝; 小嶋 健介; 神 智之*; 岡本 力; 片倉 純一*

JAEA-Data/Code 2012-032, 148 Pages, 2013/03

JAEA-Data-Code-2012-032.pdf:6.99MB

JENDL-4.0を中核とする近年の評価済み核データに基づき、核反応断面積,核分裂収率,核異性体比,半減期を修正した、核種崩壊生成計算コードORIGEN2用の断面積ライブラリセット(ORLIBJ40)を作成した。作成した断面積ライブラリは、PWRとBWRの代表的なUO$$_{2}$$燃料及びMOX燃料用のライブラリ(24個)と種々の高速炉燃料用のライブラリ(36個)である。本ライブラリを使用した軽水炉使用済み燃料の照射後試験解析等により、従来のORIGEN2ライブラリに比べて、特に、Am及びCmの同位体といったマイナーアクチノイド、EuやSmの同位体等の断面積に大きな感度を有する核分裂生成核種、並びに$$^{79}$$Se等の長寿命核分裂生成核種のインベントリや放射能評価において、予測精度が向上することを確認した。

論文

New ORIGEN2 libraries based on JENDL-4.0 and their validation for long-lived fission products by post irradiation examination analyses of LWR spent fuels

小嶋 健介; 奥村 啓介; 浅井 志保; 半澤 有希子; 岡本 力; 利光 正章; 伊奈川 潤; 木村 貴海; 金子 悟*; 鈴木 健介*

Proceedings of International Conference on Toward and Over the Fukushima Daiichi Accident (GLOBAL 2011) (CD-ROM), 5 Pages, 2011/12

高レベル放射性廃棄物の品質管理及び長期安全性評価において、使用済燃料中の長寿命核分裂生成物(LLFP)の正確なインベントリ評価が重要である。日本では、実用軽水炉の使用済燃料の組成を評価する際に燃焼計算コードORGEN2が広く使われているが、同コードに組み込まれているライブラリは古く、また、分析が困難なために測定データが不足している$$^{79}$$Se, $$^{99}$$Tc, $$^{126}$$Sn及び$$^{135}$$Cs等のLLFPに対する評価が不十分である。使用済燃料組成等のインベントリ評価の精度向上を図るため、最新核データライブラリであるJENDL-4.0の中性子断面積や核分裂収率等を用いて、新たなORIGEN2用ライブラリを作成した。Cooper, Calvert-Cliffs-1, H. B. Robinson-2, 大飯原発1号機の実機使用済燃料サンプルに対する照射後試験解析に新ライブラリを用いた結果、新ライブラリは、LLFPのインベントリ評価に対し、良い適用性を示すことがわかった。

論文

Analyses of assay data of LWR spent nuclear fuels with a continuous-energy Monte Carlo code MVP and JENDL-4.0 for inventory estimation of $$^{79}$$Se, $$^{99}$$Tc, $$^{126}$$Sn and $$^{135}$$Cs

奥村 啓介; 浅井 志保; 半澤 有希子; 鈴木 英哉; 利光 正章; 伊奈川 潤; 岡本 力; 篠原 伸夫; 金子 悟*; 鈴木 健介*

Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 2, p.369 - 374, 2011/10

軽水炉使用済燃料中の長寿命核分裂生成物の正確なインベントリ評価のために、JENDL-4.0等の最新核データを採用した新しい燃焼チェーンモデルと崩壊データを開発した。この最新核データとMVP-BURNを、$$^{79}$$Se, $$^{99}$$Tc, $$^{126}$$Sn, $$^{135}$$Csのインベントリ測定を含む幾つかの照射後試験解析に適用した。それらの1つは、原子力機構が実施した新しい測定である。これらの解析の結果、原子力機構による新しい測定値は、異なる研究機関で異なる技術により測定された他の照射後試験データとよく整合していることが確認できた。また、本計算による結果は、$$^{79}$$Seと$$^{135}$$Csの生成量に対して、10%以内で実験値とよく一致することがわかった。一方、$$^{99}$$Tcと$$^{126}$$Snについては、およそ50%までの過大評価がみられた。これらの差異は、試料を溶解する際の不溶解残渣の影響、又は、解析における核分裂収率の誤差に起因するものと考えられる。

論文

Computational study for inventory estimation of Se-79, Tc-99, Sn-126, and Cs-135 in high-level radioactive wastes from spent nuclear fuels of light water reactors

奥村 啓介; 浅井 志保; 半澤 有希子; 岡本 力; 鈴木 英哉; 利光 正章; 伊奈川 潤; 木村 貴海; 鈴木 健介*; 金子 悟*

Proceedings of 14th International Conference on Environmental Remediation and Radioactive Waste Management (ICEM 2011) (CD-ROM), 8 Pages, 2011/09

軽水炉使用済燃料からの高レベル放射性廃棄物に存在する長寿命核分裂生成物のインベントリ評価手法は、長期間に渡る廃棄物処理処分の安全性評価に重要である。Se-79, Tc-99, Sn-126, Cs-135といった難分析長寿命核分裂生成物のインベントリ評価手法を開発するため、最新の燃焼計算コードとデータを使用して、燃料仕様や燃焼条件をパラメータとするサーベイ計算を行った。その中で、燃料集合体タイプ(PWR/BWR),U-235初期濃縮度,減速材温度,ボイド率,出力密度などを考えられる範囲で変動させた。その結果、前述の長寿命核分裂生成物の燃焼特性と生成の範囲が明らかとなった。これらの結果から、高レベル放射性廃棄物に存在する難分析長寿命核分裂生成物のインベントリを、測定が容易な核種(キー核種)の分析値との相関から決定するスケーリングファクタ法とそのキー核種を提案する。

論文

軟X線磁気円二色性による希薄磁性半導体Ga$$_{1-x}$$Mn$$_{x}$$AsのMnイオンの磁気的相互作用の研究

竹田 幸治; 小林 正起*; 岡根 哲夫; 大河内 拓雄*; 岡本 淳*; 斎藤 祐児; 小林 啓介*; 山上 浩志; 藤森 淳*; 田中 新*; et al.

放射光, 22(4), p.202 - 209, 2009/07

SPring-8 BL23SUで改良・整備を進めてきた軟X線磁気円二色性装置を用いて、希薄磁性半導体Ga$$_{1-x}$$Mn$$_{x}$$AsのMn元素の磁気的特性を系統的な温度・磁場依存性測定を行って調べた。その結果、Gaと置換されたMnイオンと結晶格子の隙間に入り込んだMnイオンの間には反強磁性相互作用が存在しており、キュリー温度と結晶格子の隙間に入り込んだMnイオンの量とは明らかに相関していて、Gaと置換されたMnイオンの強磁性秩序を結晶格子の隙間に入り込んだMnイオンが阻害していることがわかった。

論文

Nature of magnetic coupling between Mn ions in as-grown Ga$$_{1-x}$$Mn$$_{x}$$As studied by X-ray magnetic circular dichroism

竹田 幸治; 小林 正起*; 岡根 哲夫; 大河内 拓雄; 岡本 淳*; 斎藤 祐児; 小林 啓介*; 山上 浩志; 藤森 淳; 田中 新*; et al.

Physical Review Letters, 100(24), p.247202_1 - 247202_4, 2008/06

 被引用回数:30 パーセンタイル:18.37(Physics, Multidisciplinary)

希薄磁性半導体(DMS)Ga$$_{1-x}$$Mn$$_{x}$$Asは、半導体スピントロニクス分野で注目を集めているが、室温強磁性は達成されていない。現状の試料作成技術では、MnイオンはGaイオンと置換される一方で、GaAs格子間にも侵入してしまい、この格子間に侵入したMnイオンの役割(影響)が不明であった。格子間に侵入した磁性イオンに関する同様の問題は、他のDMSにも多く存在する。今回の詳細なXMCD測定によって、格子間に侵入したMnイオンが、Gaイオンと置換されたMnイオン間の強磁性秩序の妨げになっていることが明らかになった。これは、格子間に侵入した磁性イオンの排除が多くのDMSの室温強磁性達成のために不可欠であるという試料作成に対する明確な方針を示すものである。

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