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報告書

HTTR-熱利用試験専門委員会資料集

青木 健; 清水 厚志; 飯垣 和彦; 沖田 将一朗; 長谷川 武史; 水田 直紀; 佐藤 博之; 坂場 成昭

JAEA-Review 2022-016, 193 Pages, 2022/08

JAEA-Review-2022-016.pdf:42.06MB

日本原子力研究開発機構では、高温ガス炉による大量かつ安価なカーボンフリー水素製造技術の実用化を目指し、世界最高の原子炉出口冷却材温度950$$^{circ}$$Cを記録した高温工学試験研究炉(HTTR)を用いて水素製造を行うHTTR-熱利用試験を計画している。HTTR-熱利用試験では、原子力規制委員会からの設置許可取得を通じて、高温ガス炉と水素製造施設の接続に関し、高い安全性を実現する安全設計を確立することが求められている。しかしながら、これまでに原子炉に水素製造施設を接続した例は世界にまだなく、我が国唯一の高温ガス炉であるHTTRを含め、既存の原子力施設を対象とした安全設計ではこのようなシステムを想定していない。そこで、高温ガス炉研究開発センターの下に設置した「HTTR-熱利用試験専門委員会」では、原子力規制委員会による新規制基準への適合性審査に合格したHTTR安全設計をベースに、施設の変更や水素製造施設の接続に伴い安全設計上新たに考慮すべき事象に対する対策を考慮し、HTTR-熱利用試験施設の安全設計案の検討を行った。本稿は、HTTR-熱利用試験専門委員会の技術報告資料や委員コメントとその回答、議事録を取りまとめた。

報告書

HTTR-熱利用試験施設の安全設計の考え方

青木 健; 清水 厚志; 飯垣 和彦; 沖田 将一朗; 長谷川 武史; 水田 直紀; 佐藤 博之; 坂場 成昭

JAEA-Technology 2022-011, 60 Pages, 2022/07

JAEA-Technology-2022-011.pdf:2.08MB

日本原子力研究開発機構では、高温ガス炉による大量かつ安価なカーボンフリー水素製造技術の実用化を目指し、世界最高の原子炉出口冷却材温度950$$^{circ}$$Cを達成した高温工学試験研究炉(HTTR)を用いて水素製造を行うHTTR-熱利用試験を計画している。HTTR-熱利用試験では、原子力規制委員会からの設置変更許可取得を通じて、高温ガス炉と水素製造施設の接続に関し、高い安全性を実現する安全設計を確立することが求められている。そこで、HTTR安全設計をベースに、施設の変更や水素製造施設の接続に伴い安全設計上新たに考慮すべき事象に対する対策を考慮し、HTTR-熱利用試験施設の安全設計の考え方を検討した。検討に当たっては、原子炉安全の観点からの十分な安全性を確保することを大前提としつつ、水素製造施設に対して、高圧ガス災害に対する安全確保の多くの実績を有する一般産業法規を適用することを基本方針とした。本報では、水素製造施設への高圧ガス保安法適用に係る合理性や条件、HTTR-熱利用試験施設の安全機能の重要度分類や耐震設計上の重要度分類、重要安全施設の選定、原子炉設置変更許可申請に係る安全設計の考え方に関する検討結果を報告する。

論文

Reactor physics experiment in a graphite moderation system for HTGR, 3

深谷 裕司; 沖田 将一朗; 神田 峻*; 後藤 正樹*; 中嶋 國弘*; 左近 敦士*; 佐野 忠史*; 橋本 憲吾*; 高橋 佳之*; 宇根崎 博信*

KURNS Progress Report 2021, P. 101, 2022/07

日本原子力研究開発機構では、2018年から高温ガス炉の核的予測技術向上に係る研究開発を開始した。その目的は、商用炉初号基のためのフルスケールモックアップ実験を回避するために一般化バイアス因子法を導入することと黒鉛減速特性を生かした中性子計装システムの改良である。このために、B7/4"G2/8"p8EU(3)+3/8"p38EU炉心をKUCAのB架台に2021年に構築した。

論文

Preliminary experiment in a graphite-moderated core to avoid full mock-up experiment for the future first commercial HTGR

沖田 将一朗; 深谷 裕司; 左近 敦士*; 佐野 忠史*; 高橋 佳之*; 宇根崎 博信*

Proceedings of International Conference on Physics of Reactors 2022 (PHYSOR 2022) (Internet), 9 Pages, 2022/05

As a commercial reactor require high economic efficiency, the High Temperature Gas-cooled Reactor (HTGR) would be a more attractive proposition if a full mock-up experiment for the first commercial HTGR could be avoided in the future. In this paper, preliminary experiments were conducted in order to obtain basic core characteristics data, such as the criticality, necessary to demonstrate the applicability of a generalized bias factor method to neutronic design of HTGR. The graphite-moderated core with only highly enriched uranium fuels in the B-rack of Kyoto University Criticality Assembly (KUCA) was configured as a reference core. The C/E-1 values (Calculation/Experiment -1 values) for the keff values at the three critical states and the thermal neutron spectra with the major nuclear data libraries, such as JENDL-4.0, JEFF-3.2, ENDF/B-VII.1, and ENDF/B-VIII.0, were calculated for the core. The result shows that the keff values are overestimated for JEFF-3.2, ENDF/B-VII.1, and ENDF/B-VIII.0 by 0.14% - 0.18%, while they are underestimated for JENDL-4.0 by 0.07% - 0.09%. The calculation result with JENDL-4.0 shows a slightly better agreement with this experiment than the others. In addition, the thermal neutron spectrum calculated with ENDF/B-VIII.0 is softer than the others. The Thermal Scattering Law (TSL) data of graphite stored in ENDF/B-VIII.0 suggests that the thermal neutron spectrum become softer than that of traditional TSL data stored in the others. The core characteristics of the reference core, which are necessary for future studies, were obtained.

論文

Computed tomography neutron detector system to observe power distribution in a core with long neutron flight path

深谷 裕司; 沖田 将一朗; 中川 繁昭; 後藤 実; 大橋 弘史

Annals of Nuclear Energy, 168, p.108911_1 - 108911_7, 2022/04

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.02(Nuclear Science & Technology)

中性子飛程の長い炉心に移動検出器を用いた出力分布測定システムを提案した。高温ガス炉と高速炉は、軽水炉とは異なり中性子飛程が長く、炉心の中心にある燃料集合体からの中性子が遠く離れた検出器に到達する。この特性を利用すると、X線CTと同様に、少ない検出器を移動することで出力分布を測定できる。小型炉の場合、出力分布は炉外検出器のみで測定できる。大型炉で炉内検出器で出力分布を測定する場合、材料健全性に関する温度環境など制約で検出器の配置が炉内位置で制限される場合でも測定が可能である。成立性に関しては、高温ガス炉炉心と検出器応答を数値的に模擬することにより確認した。本手法は、高温や照射による損傷が大きいため、炉心内検出器を継続的に配備することが困難な高温ガス炉と高速炉の炉心における出力分布測定に資することが期待できる。

論文

A Pseudo-material method for graphite with arbitrary porosities in Monte Carlo criticality calculations

沖田 将一朗; 長家 康展; 深谷 裕司

Journal of Nuclear Science and Technology, 58(9), p.992 - 998, 2021/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:0.01(Nuclear Science & Technology)

The latest ENDF/B-VIII library adapted new porosity-dependent cross-section data of graphite. However, the porosity of the actual graphite does not necessarily correspond to the porosity given in the data. We have proposed a method to perform neutronic calculations at the desired porosity on the basis of the pseudo-material method. We have performed calculation benchmarks to confirm the applicability of this method for the porosity-dependent cross-sections of graphite. We have also compared the $$K_{rm eff}$$ values calculated by the pseudo-material method with the experimental values for the VHTRC. In addition, we have investigated the temperature dependance of the calculation values obtained by this method. From these results, we have concluded that this method allows us to perform the neutronic calculations in which we can reflect detailed information on the porosity of graphite.

論文

Derivation of ideal power distribution to minimize the maximum kernel migration rate for nuclear design of pin-in-block type HTGR

沖田 将一朗; 深谷 裕司; 後藤 実

Journal of Nuclear Science and Technology, 58(1), p.9 - 16, 2021/01

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Nuclear Science & Technology)

高温ガス炉の燃料健全性の観点から、通常運転時の核移動速度を抑制することは非常に重要である。最大核移動速度を最小化するための理想的な軸方向出力分布の存在は、設計作業の効率化を可能にする。そこで、本研究では、最大核移動速度を最小化するための理想的な軸方向出力分布を得るために、熱設計を考慮したラグランジュ乗数法に基づく新たな手法を提案する。原子力機構が実施した既存の概念設計を対象として、従来設計目標として用いられてきた燃料最高温度を最小化するための出力分布の場合と比較して、最大核移動速度を最小化するために本研究で提案した出力分布から得られる核移動速度は、約10%低い値を示した。

論文

京大加速器中性子源(KUANS)のためのリエントラントホールを有する減速材の設計

沖田 将一朗; 田崎 誠司*; 安部 豊*

日本原子力学会和文論文誌, 19(3), p.178 - 184, 2020/09

京都大学加速器中性子源(KUANS)は、現在国内で稼働している小型加速器中性子源の一つであり、分光器や検出器の開発に活用されている。さらにKUANSは、比較的低い中性子発生強度のため、減速材設計に関する実験研究に適した施設でもある。KUANSのビーム強度の増加を図るため、リエントラントホールを有する減速材の核設計を実施し、KUANSを利用して設計の妥当性を確認する実験を行った。PHITSを用いた計算によって、リエントラントホールを有するポリエチレン減速材の核設計を実施し、その減速材から得られるビーム強度を実験的に測定したところ、これまで使われていた直方体形状の減速材を用いた場合の1.9倍のビーム強度が得られた。さらに直方体形状の減速材から得られるビームに対する波長毎のビーム強度比は、波長の長い中性子ほど増加し、最大で3倍程度になった。興味深いことに、減速材にリエントラントホールを設けることにより、長い波長の中性子ほどより効率的に減速材の中から取り出されることがわかった。

口頭

熱中性子散乱則データの違いが黒鉛炉心の核計算に及ぼす影響の予備検討

沖田 将一朗

no journal, , 

JENDL-4.0及びENDF/B-VIIIの黒鉛の熱中性子散乱則を用いた核計算をVHTRCに対して実施し、実効増倍率について実験値との比較を行った。その結果、ENDF/B-VIIIの黒鉛の熱中性子散乱則を用いることで、JENDL-4.0に基づく従来の結果と比較して計算精度が向上した。

口頭

高温ガス炉の核的予測精度高度化のためのKUCA黒鉛減速炉心による炉物理実験

沖田 将一朗; 深谷 裕司; 後藤 正樹*; 神田 峻*; 中嶋 國弘*; 左近 敦士*; 佐野 忠史*; 橋本 憲吾*; 高橋 佳之*; 宇根崎 博信*

no journal, , 

高温ガス炉の核的予測精度高度化を目的に、一般化バイアス因子法の高温ガス炉核設計への適用性を確認するため、黒鉛減速体系炉心を京都大学臨界集合体実験装置(KUCA)の固体減速架台(B架台)において構築し、今後の検討に必要な参照炉の臨界性に関する核特性データを取得した。本報告では、臨界実験の臨界実験の条件及びその結果を報告し、今後の展望を述べる。

口頭

高温ガス炉の事故時公衆被ばく線量評価システム(AL-DENTE)の開発

沖田 将一朗; 青木 健; 佐藤 博之; 相原 純; 大橋 弘史

no journal, , 

東京電力福島第一原子力発電所事故を受け、原子力プラントの安全性向上のため確率論的リスク評価(PRA)の積極的活用が求められている。高温ガス炉を対象としたPRAでは事故シーケンスごとに敷地境界外での公衆被ばく線量を不確実さとともに提示することが求められており、公衆被ばく線量評価の不確実さ因子をパラメータとした多数回の感度解析が必要となる。原子力機構では、高温ガス炉PRAのための評価ツールとして、事故時のソースターム評価から大気中に放出された核分裂生成物等による公衆被ばく線量の評価に至るまでの一連の過程を一本化した事故時公衆被ばく線量評価システム(AL-DENTE: AnaLysis tool system for Dose EvaluatioN in accidents of high TEmperature gas-cooled reactors)の開発を進めている。本発表では、AL-DENTEの概要や開発計画、実用高温ガス炉を対象とした試評価の結果を報告する。

口頭

HTTR-熱利用試験計画,1; 計画の概要

佐藤 博之; 青木 健; 沖田 将一朗; 長谷川 武史; 清水 厚志; 飯垣 和彦; 坂場 成昭

no journal, , 

原子力機構では、「2050年カーボンニュートラルに伴うグリーン成長戦略」を受けて、2030年までの大量かつ安価なカーボンフリー水素製造に必要な技術の開発に向け、高温ガス炉と水素製造施設の高い安全性を実現する接続技術の確立を目的に、世界最高温度(950$$^{circ}$$C)を記録した高温工学試験研究炉HTTRと商用技術が確立されている天然ガス水蒸気改質法による水素製造施設を接続するHTTR-熱利用試験を計画している。本発表では、HTTR-熱利用試験計画の概要を報告する。

口頭

深層強化学習を用いたプラント異常対応策提示システムの開発

吉川 雅紀; 関 暁之; 沖田 将一朗; 高屋 茂; Yan, X.

no journal, , 

Downsizing number of operators for advanced nuclear power plant is required in terms of economic performance. However, there is a lack of experience in operating advanced nuclear power plant. Therefore, it is important to develop a support system to make plant state normal if anomalies ocured. To meet the demand, we develop $textit{Countermeasure Proposal System}$, which, from measured plant values, proposes implementation plans on control apparatuses to recover state of plant. We adopt reinforcement learning to develop this system. By using reinforcement learning, it is expected that the system can deal with broader scope of anomalies than that of followed by conventional human review. In this paper, we present basic concept of the system and show the efficiency of it under some assumptions.

口頭

原子力プラントの安全な運転を支援するAIシステムの開発

関 暁之; 吉川 雅紀; 沖田 将一朗; 高屋 茂; Yan, X.

no journal, , 

Using AI technology, we have developed a surrogate system to estimate various physical quantities in nuclear plants and a system to estimate the state of disturbances that cause anomalies. Both systems use deep learning technology based on a model that connects multiple layers of neurons. In this study, the estimation was performed on data from an analysis code (ACCORD) that can reproduce the behavior of the High Temperature Engineering Test Reactor (HTTR) under various scenarios. The accuracy of the estimation and the range of application of the developed system are presented.

口頭

高温ガス炉-水素製造技術開発の現状; HTTR熱利用試験計画の概要

守田 圭介; 清水 厚志; 野口 弘喜; 青木 健; 沖田 将一朗; 水田 直紀; 石井 克典; 飯垣 和彦; 佐藤 博之; 坂場 成昭

no journal, , 

高温ガス炉は固有の特性により優れた安全性を有するとともに高温熱供給が可能であり、水素製造等、多様な熱利用が期待されている。原子力機構では「2050年カーボンニュートラルに伴うグリーン成長戦略」を受けて、2030年までの高温ガス炉を利用した大量かつ安価なカーボンフリー水素製造に必要な技術開発に向けて、HTTR-熱利用試験プロジェクトを開始した。本プロジェクトは、高温ガス炉の試験研究炉であるHTTRと商用技術が確立された水蒸気改質法による水素製造施設を接続し、高温ガス炉と水素製造施設の高い安全性を有する接続技術を確立することを目的とする。本報ではHTTRと水素製造施設を接続したHTTR-熱利用試験施設の概念及び接続技術開発計画を報告する。

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