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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

Optimization of chemical composition in the iron phosphate glass as the matrix of high level waste generated from pyroprocessing

小藤 博英; 矢野 哲司*; 明珍 宗孝; 松山 加苗*; 沖田 壮史*; 宮本 真哉*

Proceedings of 22nd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-22) (DVD-ROM), 6 Pages, 2014/07

金属電解法による乾式再処理から発生する高レベル廃棄物の処分形態として、鉄リン酸塩ガラスを媒体とした安定化処理を検討している。本報では廃棄物の高充填や固化体の化学的安定性向上を目指してガラス組成の最適化を実施した。Feにより形成されるガラス疎水性のガラスネットワークは若干のCrやAlをFeの代替とすることで強化され、FPを20wt%以上含有しても化学的に安定なガラス試料が得られた。本研究により乾式再処理起源の高レベル廃棄物を最大限導入するガラス媒体の組成を見出し、ガラス架橋構造安定化に寄与するFeの価数変化に関する知見が得られた。

論文

Chemical durability of iron-phosphate glass as the high level waste from pyrochemical reprocessing

小藤 博英; 矢野 哲司*; 明珍 宗孝; 松山 加苗*; 沖田 壮史*; 宮本 真哉*

Procedia Chemistry, 7, p.764 - 771, 2012/00

 被引用回数:10 パーセンタイル:95.06

先進的核燃料サイクルシステムから発生する廃棄物に適合する処分概念研究開発の一環として、乾式再処理プロセスから生じる高レベル廃棄物の固化媒体としての鉄リン酸塩ガラスの性能評価を行っている。ガラス中への廃棄物元素の高充填や化学的安定性の向上のためのガラス組成の最適化実験を行った結果を取りまとめた。

口頭

乾式再処理工程から発生した廃棄塩の安定化/固化技術開発,1; 鉄リン酸塩ガラスの適用性に関する検討

天本 一平; 福嶋 峰夫; 松山 加苗*; 沖田 壮史*; 宮本 真哉*; 宇都宮 一博*; 矢野 哲司*

no journal, , 

高速増殖炉サイクル実用化研究開発(FaCT)における再処理法の副概念には、金属電解法を用いた乾式再処理技術が採用されている。乾式再処理では、電気化学的手法により使用済金属燃料中のウランやTRUの分離を行うが、分離されなかったFPは媒質(LiCL-KCl塩)中に残留するため、最終的には、塩化物系の高レベル放射性廃棄物としてプロセスから排出される。このような塩廃棄物は、適切な媒体を使用して安定化を図る必要がある。現在、ソーダライトによるFP固化技術の開発が進められているが、今後の展開に鑑み、媒体の選択肢を広げておくべきである。そのような観点から高いFP充填率を示す鉄リン酸塩ガラスに注目し、媒体としての適用性について検討したところ、優れた性能を示すことが判明した。

口頭

乾式再処理工程から発生する廃棄塩の安定化/固化技術開発,2; 鉄リン酸塩ガラス固化体の基礎物性

天本 一平; 福嶋 峰夫; 松山 加苗*; 沖田 壮史*; 宮本 真哉*; 宇都宮 一博*; 矢野 哲司*

no journal, , 

乾式再処理プロセスから発生する使用済電解質は高レベル放射性廃棄物に区分されるため、地層処分可能な形態に固定化する必要がある。本研究では、固化媒体として優れた性能が期待できる鉄リン酸塩ガラスを用いて試作した固化体の基礎物性を求め、現状のホウケイ酸ガラス固化体と比較することにより、性能評価を行っており、鉄リン酸塩ガラスが十分満足のいく特性を示すことがわかった。

口頭

乾式再処理工程から発生する使用済み塩の安定化/固化技術開発,3; 鉄リン酸塩ガラス組成の最適化に関する検討

小藤 博英; 天本 一平; 松山 加苗*; 沖田 壮史*; 明珍 宗孝; 矢野 哲司*

no journal, , 

金属電解法による乾式再処理から発生する高レベル廃棄物の処分形態として、鉄リン酸塩ガラスを媒体とした安定化処理を検討している。本報では廃棄物の高充填や固化体の化学的安定性向上を目指して実施したガラス組成の最適化の検討結果を報告する。

口頭

Surface structures of iron-phosphate glasses with high chemical durability

矢野 哲司*; 赤木 直人*; 柴田 修一*; 沖田 壮史*; 松山 加苗*; 宮本 真哉*; 天本 一平; 小藤 博英

no journal, , 

鉄リン酸塩ガラスの化学的安定性が増大する原理を検討するため、蛍光X線分析を用いたガラス表面構造の解析を行った。本研究では数種類の鉄リン酸塩ガラス試料について一部の酸化鉄を他の遷移金属酸化物で置換し、化学的安定性の評価を行っており、元素浸出試験の前後の表面構造の変化に関して得られた知見を報告する。

口頭

Chemical durability of iron-phosphate glass as the high level waste from pyrochemical reprocessing

小藤 博英; 矢野 哲司*; 明珍 宗孝; 沖田 壮史*; 宮本 真哉*

no journal, , 

先進的核燃料サイクルシステムから発生する廃棄物に適合する処分概念研究開発の一環として、乾式再処理プロセスから生じる高レベル廃棄物の固化媒体としての鉄リン酸塩ガラスの性能評価を行っている。ガラス中への廃棄物元素の高充填や化学的安定性の向上のためのガラス組成の最適化実験を行った結果を報告する。

口頭

乾式再処理工程から発生する使用済み塩の安定化/固化技術開発,4; 鉄リン酸塩ガラスの物性及び化学的安定性の評価

小藤 博英; 矢野 哲司*; 明珍 宗孝; 松山 加苗*; 沖田 壮史*; 宮本 真哉*

no journal, , 

金属電解法による乾式再処理から発生する高レベル廃棄物の処分形態として、鉄リン酸塩ガラスを媒体とした安定化処理を検討している。本報では廃棄物の高充填や固化体の化学的安定性向上を目指して実施したガラス組成の最適化の検討結果及びガラス試料の物性,化学的安定性に関する評価結果を報告する。

口頭

廃ゼオライト長期保管方策の検討,7; SARRY吸着塔の実機流量塩分洗浄試験

佐藤 博之; 寺田 敦彦; 加藤 千明; 山岸 功; 池田 昭*; 沖田 壮史*

no journal, , 

福島第一原子力発電所事故の水処理で発生する廃ゼオライト吸着塔の長期保管方策検討の一環として、吸着塔の腐食評価のため、SARRY吸着塔の試験体を用いて実機流量における塔内塩分洗浄効果の検証試験を行った。その試験概要と成果について報告する。

口頭

Surface alternation of Cr$$_{2}$$O$$_{3}$$-CoO-Al$$_{2}$$O$$_{3}$$-doped iron-phosphate glasses containing fission products during immersion in water and heating in vacuum

矢野 哲司*; 立野 隼人*; 岸 哲生*; 沖田 壮史*; 松山 加苗*; 宮本 真哉*; 小藤 博英; 明珍 宗孝

no journal, , 

Surface alternations of Cr$$_{2}$$O$$_{3}$$-CoO-Al$$_{2}$$O$$_{3}$$-doped Iron-Phosphate Glasses containing simulated fission products on heating after water immersion test are investigated. Iron-phosphate glasses doped with Cr$$_{2}$$O$$_{3}$$-CoO-Al$$_{2}$$O$$_{3}$$ show quite high chemical durability. Valences of iron and doped Chromium ions have been found to play important roles to form water-resistant glass surface from the analysis of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).

口頭

廃ゼオライトの長期保管方策の検討,10; SARRY吸着塔のセシウム吸着分布試験

佐藤 博之; 木村 茂; 山岸 功; 池田 昭*; 沖田 壮史*

no journal, , 

福島第一原子力発電所事故の水処理で発生する廃ゼオライト吸着塔の長期保管方策検討の一環として、吸着塔の腐食評価に影響する内部環境(セシウムによる放射線、崩壊熱等)を推定するため、実寸大のSARRY吸着塔内部試験体を用いて、非放射性セシウムの吸着分布を把握する試験を行った。その試験概要と成果について報告する。

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

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。

口頭

超高温を利用した水素大量製造技術の開発,1-3; HTTRを活用した高温ガス炉と水素製造施設の接続試験計画

野本 恭信; 水田 直紀; 守田 圭介; 青木 健; 沖田 将一朗; 石井 克典; 倉林 薫; 安田 貴則; 田中 真人; 井坂 和義; et al.

no journal, , 

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。本稿では、HTTR-熱利用試験の全体計画、HTTR-熱利用試験プラントの基本仕様として、HTTR改造範囲及び水素製造施設の設備構成を含めた全体系統構成、定格運転時における全体熱物質収支を報告する。

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