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論文

Study on plutonium burner high temperature gas-cooled reactor in Japan; Introduction scenario, reactor safety and fabrication tests of the 3S-TRISO fuel

植田 祥平; 水田 直紀; 深谷 裕司; 後藤 実; 橘 幸男; 本田 真樹*; 齋木 洋平*; 高橋 昌史*; 大平 幸一*; 中野 正明*; et al.

Nuclear Engineering and Design, 357, p.110419_1 - 110419_10, 2020/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:39.17(Nuclear Science & Technology)

固有の安全性に優れ高効率なプルトニウムの利用が可能なプルトニウム燃焼高温ガス炉が提案されている。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。本論文では、プルトニウム燃焼高温ガス炉の成立性および3S-TRISO燃料の研究開発について報告する。

論文

Ion species/energy dependence of irradiation-induced lattice structure transformation and surface hardness of Ni$$_{3}$$Nb and Ni$$_{3}$$Ta intermetallic compounds

小島 啓*; 金野 泰幸*; 越智 雅明*; 千星 聡*; 堀 史説*; 斎藤 勇一*; 石川 法人; 岡本 芳浩; 岩瀬 彰宏*

Materials Transactions, 58(5), p.739 - 748, 2017/05

 被引用回数:4 パーセンタイル:31.31(Materials Science, Multidisciplinary)

Ni$$_{3}$$Nb及びNi$$_{3}$$Ta金属間化合物に対して、1-200MeVの広範囲のエネルギーのイオン(He-Au)を照射して、照射効果のイオン種依存性とエネルギー依存性を、斜入射X線回折とX線吸収微細構造分析を利用して系統的に調べた。どちらも、照射量レベルは異なるものの、イオン照射によって秩序構造の結晶構造から非晶質構造に変態することが分かった。また、そのような照射効果を決定づけるのは、弾性衝突に伴う材料への付与エネルギーであることが判明した。

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

Effect of resistivity profile on current decay time of initial phase of current quench in neon-gas-puff inducing disruptions of JT-60U

河上 翔*; 柴田 欣秀; 渡邊 清政*; 大野 哲靖*; 諫山 明彦; 滝塚 知典*; 河野 康則; 岡本 征晃*

Physics of Plasmas, 20(11), p.112507_1 - 112507_6, 2013/11

 被引用回数:2 パーセンタイル:10.4(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uでは、ネオンガスパフディスラプションの電流クエンチの初期フェイズにおけるプラズマ電流減衰時間は、内部インダクタンスの増加率によって大きく影響されることが分かっていた。このフェイズにおいて内部インダクタンスが増加する理由を調べるために、電子温度(抵抗率)分布と電流密度分布の時間変化に着目し、数値計算を実施した。その結果、内部インダクタンスが増加する理由を解明した。電流クエンチ開始直後の電流密度分布は、数値計算で得られる定常状態での電流密度分布より広い分布をしており、電流密度分布はその後中心ピークした形へ変化していき、それに伴い内部インダクタンスが増加することを明らかにした。

論文

Study of the applicability of CFD calculation for HTTR reactor

辻 延昌*; 中野 正明*; 高田 英治*; 徳原 一実*; 大橋 一孝*; 岡本 太志*; 田澤 勇次郎; 稲葉 良知; 橘 幸男

Proceedings of 6th International Topical Meeting on High Temperature Reactor Technology (HTR 2012) (USB Flash Drive), 9 Pages, 2012/10

固有の安全性を高めた高温ガス炉では、炉心の崩壊熱を動的機器に頼ることなく、熱伝導,ふく射及び自然対流により除熱する受動的冷却システムとして、原子炉圧力容器を外表面から冷却する炉容器冷却系(RCCS)が採用される。また、炉心高性能化として冷却材温度を高温化した場合、原子炉圧力容器の信頼性の高い温度評価が要求される。本研究では、温度評価手法の高度化を目的に、高温工学試験研究炉(HTTR)炉心を模擬してCFD解析ツールを用いた熱流動解析を行い、その適用性を評価した。原子炉内部から炉容器冷却系までを3次元30度セクターモデル化し、定常解析及び冷却材循環停止時の過渡解析を実施した。定常解析結果から、炉内構造物の温度計算値と実測値との比較を行い、固定反射体ブロック温度が実測値とおおむね一致することを確認した。また、過渡解析結果から、冷却材循環停止後の炉内自然循環挙動と圧力容器温度の変化を明らかにした。これにより、実機規模での温度評価手法として3次元熱流動解析が十分適用可能であることを示すことができた。

論文

Core design and safety analyses of 600 MWt, 950$$^{circ}$$C high temperature gas-cooled reactor

中野 正明*; 高田 英治*; 辻 延昌*; 徳原 一実*; 大橋 一孝*; 岡本 太志*; 田澤 勇次郎; 橘 幸男

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

安全性を高めた実用高温ガス炉として、熱出力600MW、原子炉冷却材出口温度950$$^{circ}$$Cのマルチホール型燃料を使用したブロック型炉心の概念設計を進めている。炉停止後の崩壊熱除去は、受動的システムである自然循環による炉容器冷却系(RCCS)のみで、仮に全電源喪失を仮定した場合でも対応可能な設計としている。本研究では、炉心の基本仕様を満たす核熱設計を行った後、代表的な事故事象を想定して安全解析を実施した。1次系の減圧事故を想定した原子炉冷却挙動解析の結果、RCCSのみで燃料及び原子炉圧力容器温度が安全評価上の判断基準を下回ることを示した。また、実用炉として考慮すべきプラント保守性に関して、通常運転中の燃料からの核分裂生成物放出量を評価して、タービン等の1次冷却系機器のメンテナンス性に問題ないことを確認した。このことより、受動的システムを採用した高温ガス炉は、その固有の安全特性により高度な安全性を確保できることが示された。

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

Study of plasma current decay in the initial phase of high poloidal beta disruptions in JT-60U

柴田 欣秀*; 渡邊 清政*; 大野 哲靖*; 岡本 征晃*; 諫山 明彦; 栗原 研一; 大山 直幸; 仲野 友英; 河野 康則; 松永 剛; et al.

Plasma and Fusion Research (Internet), 6, p.1302136_1 - 1302136_4, 2011/10

トカマクで発生するディスラプション時の電流減衰時間のモデルとして、プラズマインダクタンス$$L$$とプラズマ抵抗$$R$$のみで電流減衰時間を表現する$$L/R$$モデルがその簡便さから使用されている。しかし、過去の著者らの研究において、(1)JT-60Uの密度限界ディスラプションでは電流減衰初期のプラズマインダクタンスの時間変化が電流減衰時間に大きく影響を与えているため$$L/R$$モデルは実験結果を再現することができないこと、及び(2)プラズマインダクタンスの時間変化を考慮した「改良$$L/R$$モデル」を用いることにより実験結果が再現できることがわかった。また、今回、このモデルの適用範囲が拡大できるか明らかにするため、別の原因で発生したディスラプションに対してモデルの検証を行った。対象としてはJT-60Uで発生した高$$beta_p$$ディスラプションのデータを用いた。その結果、前回同様、プラズマインダクタンスの時間変化を考慮することにより実験での電流減衰時間とモデルによる予測値がよく一致することがわかった。このことは、ディスラプションの発生原因が異なる場合でもプラズマインダクタンスの時間変化を考慮した改良電流減衰モデルで電流減衰時間が記述できることを示している。

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), p.1443 - 1450, 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

Study of current decay time during disruption in JT-60U tokamak

柴田 欣秀*; 渡邊 清政*; 岡本 征晃*; 大野 哲靖*; 諫山 明彦; 栗原 研一; 仲野 友英; 大山 直幸; 河野 康則; 松永 剛; et al.

Nuclear Fusion, 50(2), p.025015_1 - 025015_7, 2010/01

 被引用回数:12 パーセンタイル:46.71(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uのディスラプション時のプラズマ電流の減衰時間を計測データ及び平衡解析から得られた値を用いて詳細に評価した。まず、電子温度を電子サイクロトロン放射及びヘリウムI線強度比から独立に評価し、それぞれの値から得られたプラズマ抵抗値を${it L/R}$モデルに適用して電流減衰時間を算出した。その結果、実験での電流減衰時間が長い($$sim$$100ms)領域では${it L/R}$モデルから算出した電流減衰時間は実験値と同程度であるが、電流減衰時間が短くなるにつれ${it L/R}$モデルでの値が実験値よりも大きくなり、実験での電流減衰時間が10ms程度の領域では${it L/R}$モデルでの値は1桁程度大きく評価されることがわかった。次に、内部インダクタンスをCauchy Condition Surface法により評価するとともに、内部インダクタンスの時間変化を考慮するようにモデルを改良した。その結果、広い電流減衰時間の範囲(10$$sim$$100ms)に渡り実験値と近い値が得られ、内部インダクタンスの時間変化の効果が重要であることがわかった。

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:37 パーセンタイル:82.78(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。

論文

超高温ガス炉(VHTR)の炉心概念設計; マルチホール型燃料の採用による炉心高度化

大橋 一孝; 西原 哲夫; 國富 一彦; 中野 正明*; 田沢 勇次郎*; 岡本 太志*

日本原子力学会和文論文誌, 7(1), p.32 - 43, 2008/03

950$$^{circ}$$Cもしくはそれ以上の高温の原子炉出口温度を目指す、超高温ガス炉(VHTR)の開発に関する関心が世界的に高まっており、GIF(第4世代原子炉システム国際フォーラム)においても、VHTRが候補炉型の一つとして取り上げられている。日本原子力研究開発機構においても、VHTRを用いた電力-水素併産プラントであるGTHTR300Cに関する開発を開始した。GTHTR300Cの研究では、出口温度950$$^{circ}$$CというVHTRの条件において、高温工学試験研究炉(HTTR)で実績のあるピンインブロック型燃料を採用した炉心での基本的な成立性の見通しを得たが、一方で、例えば1次系のメンテナンス時における作業員の被ばく線量低減の観点からの、炉心性能のさらなる向上も求められる結果となった。本論文では、マルチホール型燃料体による出口温度950$$^{circ}$$Cの炉心概念の構築を行い、メンテナンス線量に与える影響の検討を行った結果について報告する。後者については、GTHTR300に関して従来得られていた結果と比較してよりメンテナンス性に優れていることを示す。

論文

Evaluation of dependence of current decay time on electron temperature measured by He I line intensity ratios in JT-60U tokamak

岡本 征晃*; 平石 剛大*; 大野 哲靖*; 高村 秀一*; 仲野 友英; 河野 康則; 小関 隆久; 杉原 正芳

Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 31F, 4 Pages, 2007/00

トカマクプラズマのディスラプション時に真空容器にかかる電磁力を推定するにはプラズマ電流の減衰時間を正確に定めることが重要で、L/Rモデルによるとそれは電子温度の3/2乗に比例する。ディスラプション発生時には莫大な熱負荷がかかるためラングミュアプローブを挿入して電子温度を定めることは困難である。そこでわれわれは電子温度に敏感な中性ヘリウムの発光線を高時間分解で測定する方法を提案する。分光器では観測光を3分岐しそれぞれバンドパスフィルターを用いて分光し光電子増倍管を用いて計数する。この3本の発光線の強度比を衝突放射モデルによって解析する。この手法を幾つかのプラズマ装置で試し、ラングミュアプローブによる測定値と比較することで妥当性が確認された。ここではJT-60Uのディスラプション発生時の電子温度の時間変化を測定する。

論文

Quantification of gas-entrainment using dynamic PIV

武山 洪二郎*; 岡本 孝司*; 石川 正明*; 上出 英樹

Proceedings of 6th International Symposium on Particle Image Velocimetry (CD-ROM), 7 Pages, 2005/09

自由液面からのガス巻き込み現象について、その可視化計測手法を開発した。渦は非定常に生成され、その継続時間は0.3秒程度である。この短時間の現象を高速度カメラとパルスレーザを用いてダイナミックPIVを行い、ガルバノミラーでパルスレーザを同期することにより、くぼみ渦と下降流速、循環についての評価を行った。

論文

High-resolution soft X-ray photoemission spectroscopy of spinel-type compound CuIr$$_{2}$$S$$_{4}$$

岡根 哲夫; 藤森 伸一; 間宮 一敏; 岡本 淳; 村松 康司; 藤森 淳; 鈴木 博之*; 松本 武彦*; 古林 孝夫*; 磯部 雅朗*; et al.

Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 272-276(Suppl.), p.e297 - e298, 2004/05

 被引用回数:5 パーセンタイル:30.88(Materials Science, Multidisciplinary)

金属-絶縁体転移を示すスピネル・カルコゲナイドCuIr$$_{2}$$S$$_{4}$$の温度に依存した電子状態の変化を高分解能軟X線光電子分光により実験的に調べた。試料温度が転移温度以下になると、フェルミ準位近傍でギャップの形成が見られる一方、価電子帯全体の構造も高エネルギー側にシフトしていることが明らかになった。またIr 4${it f}$内殻準位の光電子スペクトルの形状は転移温度の上と下で非常に顕著な形状変化を示した。このことは金属-絶縁体転移に伴うIr 5${it d}$電子状態の変化に対応したものと考えられる。

口頭

ヘリウム線強度比を用いた電子温度密度計測法と静電プローブ法との比較

梶田 信*; 大野 哲靖*; 岡本 征晃*; 仲野 友英; 高村 秀一*

no journal, , 

静電プローブを用いたプラズマ計測では、特に低温プラズマで電流-電圧特性に異常がみられ、電子温度・密度の評価が難しくなる場合がある。一方、電子温度・密度は分光計測(中性ヘリウムの発光線の強度比を用いる)からも評価することができる。この2つの計測法で得られた電子温度・密度を比較するため、名古屋大学のダイバータシミュレータNAGDIS-IIでヘリウムプラズマを用いて実験を行った。その結果、電子温度・密度ともに分光計測から得られた値の方がわずかに大きかった。この理由を放射輸送などの効果を取り入れた解析コードにより議論する。

口頭

He I線強度比を用いたトカマクプラズマの電子温度,電子密度の評価

平石 剛大*; 岡本 征晃*; 梶田 信*; 長谷部 優*; 大野 哲靖*; 高村 秀一*; 仲野 友英

no journal, , 

He I線強度比を用いて電子温度・密度を高速で計測する方法を開発した。その手法を初めてJT-60トカマクプラズマに対して適用した結果を報告する。主プラズマ周辺部で発生したモードによる熱・粒子の吐き出しに伴い、ダイバータプラズマの電子温度が減少し、少し遅れて密度が増加する様子が観測された。この電子温度と密度の波形は、ダイバータ板に熱・粒子パルスが到達し、中性粒子が放出され、それが電離される際にプラズマがエネルギーを失い、また電離によってプラズマ密度が上昇した、と解釈される。

口頭

小型トマカクHYBTOK-IIにおけるプラズマ崩壊時の内部構造ダイナミックスの観測

岡本 征晃*; 山田 隆*; 菊池 祐介*; 大野 哲靖*; 高村 秀一*; 上杉 喜彦*; 小関 隆久; 河野 康則; 杉原 正芳

no journal, , 

ディスラプションの発生は、プラズマの電流密度分布や圧力分布等の内部構造に依存していることが報告されている。小型トカマク装置はプラズマ内部のプローブによる直接計測が可能であるため、ディスラプション物理の解明を目的として、磁気・静電プローブを用いたプラズマ内部計測実験を行った。その結果、プラズマ電流減衰直前において電子圧力の急減が観測された。この現象は、プラズマ粒子を閉じ込めていた磁気面が破壊されたことで、熱や粒子が壁へ吐出されたことが考えられる。また、電流密度分布の時間変化から、短い時間スケールで中心部の電流が吐出されており、m/n=2/1と3/1のティアリングモードとm/n=1/1内部モードとの相互作用が明らかとなった。また、トリプルプローブによる浮遊電位計測から、誘導電場により高速電子の生成が推測される。

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