アメリシウム含有燃料の熱伝導率評価

横山 佳祐; 渡部 雅; 大西 貴士; 矢野 康英; 所 大志郎*; 菅田 博正*; 加藤 正人*

JAEA-Research 2025-002, 18 Pages, 2025/05

JAEA-Research-2025-002.pdf:1.73MB

高速炉の開発目標の1つとして「高レベル放射性廃棄物量減容・潜在的有害度低減のため、マイナーアクチノイド(MA)を分離・回収し、燃料として利用できるようにすること。」が示されている。これに向けて、MAを添加したMOX燃料を高速炉で燃焼する燃料サイクルが提唱されている。MAを添加したMOX燃料を高速炉で使用するには、燃料設計や照射挙動の解析に向けて熱伝導率等の熱物性を把握することが重要である。しかし、MAを添加した燃料の熱物性は、報告例がわずかであり、MA添加濃度や酸素不定比性の影響を含めて十分に把握されていない。そこで本研究では、MAの1つであるAmがMOX燃料の熱伝導率に与える影響を評価することを目的として、化学量論組成近傍における15%までのAmを含有したMOX燃料の熱伝導率を測定した。また、Am含有MOX燃料の照射挙動評価に資するため、Amを含有したUO燃料の熱伝導率を測定し、Am含有MOX燃料のものと比較評価を実施した。本研究では、Pu含有率を30%とし、Am含有率が5%、10%及び15%と異なる3種類のMOX燃料と、Am含有率が15%のUO燃料を用いた。熱伝導率は、レーザーフラッシュ法を用いて測定した熱拡散率に試料密度及び比熱を乗じて求めた。熱拡散率の測定においては、測定雰囲気の酸素分圧を調整することで試料の酸素・金属原子数比(O/M比)を制御した。すべての試料の熱伝導率は、温度及びAm含有率の増加と共に低下し、特に、1,173K以下で顕著な低下が見られた。また、得られた熱伝導率に対して古典的フォノン散乱モデルによる解析を行った結果、熱抵抗率の変化については、Am添加によって生じるイオン半径差に起因した格子ひずみの影響が大きく、MOX及びUOの両者で同程度の影響であることがわかった。

核融合の研究開発

牛草 健吉; 関 昌弘; 二宮 博正; 乗松 孝好*; 鎌田 裕; 森 雅博; 奥野 清; 柴沼 清; 井上 多加志; 坂本 慶司; et al.

原子力ハンドブック, p.906 - 1029, 2007/11

原子力ハンドブックの第VIII章核融合の研究開発において、核融合炉の概念,炉心プラズマ物理と炉心制御技術,国際熱核融合実験炉(ITER)計画,核融合ブランケット技術,核融合燃料循環処理技術,核融合炉用材料技術,核融合動力炉概念とシステム工学課題について、研究の現状を解説する。

Japanese contributions to IAEA INTOR Workshop, phase two A, part 3, chapter VIII; Blanket and first wall

小林 武司*; 飯田 浩正; 阿部 忠*; 安達 潤一*; 相沢 雅夫; 海老沢 克之*; 藤井 政治*; 深谷 清; 福原 昌志*; 福原 由雄*; et al.

JAERI-M 87-219, 336 Pages, 1988/01

JAERI-M-87-219.pdf:8.39MB

この報告書はIAEA主催のINTORワークショップ、フェーズIIA、パート3の日本の報告書の第VIII章(ブランケット/第一壁)に相当するものである。ここではトリチウム増殖ブランケット、第一壁、ダイバータ板、遮蔽体設計に係わる技術的重要検討課題の検討結果及びこれらに係わる新データベースについて述べてある。データベースとしてはセラミック増殖材、高熱負荷材、高熱負荷試験結果及び製作試験結果が含まれている。ブランケット概念の選定に当たっては幅広いスコーピング・スタディを実施し、その結果、優れたトリチウム増殖性能とトリチウム放出挙動よりLiOを増殖材とする概念を標準案に採用した。第一壁に関しては、弾塑性破壊力学による寿命評価を行なうと共にアーマ無し概念とアーマ付き概念の構造検討を行なった。現在の不確かなディスラプション条件を考慮して修理交換が容易な部分的保護リミッタを第一案として提案した。ダイバータ板アーマ材は優れた熱衝撃特性と低スパッタリング特性よりタングステンを採用した。遮蔽検討としては鋼材及びタングステンについて内側遮蔽層を出来るだけ薄くするための最適化の検討を行なった。

FENDL-2.1及び他の最新の核データライブラリーを用いた原子力機構FNSでの核融合中性子工学積分実験解析

今野 力; 佐藤 聡; 落合 謙太郎; 高倉 耕祐; 大西 世紀; 飯田 浩正; 和田 政行*

no journal, , 

2004年に公開された核データライブラリーFENDL-2.1は、当時公開されていた核データライブラリーENDF/B-VI.8, JENDL-3.2, JENDL-3.3, JENDL Fusion File, JEFF-3.0, Brond-2.0の中から核種ごとに最も良いものを選び出した核データライブラリーで、ITERを含め核融合炉の核設計に使われ良い結果を与えている。近年、核データライブラリーJEFF-3.1及びENDF/B-VII.0が新たに公開され、より精度の高い核解析を目指し、FENDLの次期バージョンのための核データライブラリーのセレクションが行われる可能性がある。そこで、原子力機構FNSでこれまでに実施してきたDT中性子を用いた核融合中性子工学積分実験(単純組成・単純形状実験,飛行時間法実験)をFENDL-2.1及び他の最新の核データライブラリーを用いて解析し、最新の核データライブラリーの精度検証を行った。本講演会では、鉄,ベリリウム,酸化リチウム、等の典型的な結果について報告する。

ブランケット核特性研究の進展

佐藤 聡; 高倉 耕祐; 落合 謙太郎; 和田 政行*; 大西 世紀; 飯田 浩正; 沓掛 忠三; 田中 滋; 阿部 雄一; 川邊 勝; et al.

no journal, , 

これまでにFNSで実施してきたブランケット核特性実験において、トリチウム生成率の計算結果はほとんどの実験結果と10%以内の高い精度で一致した。しかしながら、線源周囲に反射体を設置した実験等で、計算結果は実験結果を10%以上過大評価した。この過大評価の原因として、後方散乱中性子の計算に問題がある可能性が考えられる。本問題点を確認するために、反射体有り及びなしの条件で、DT中性子照射によるブランケット模擬体系内の金箔とニオブ箔の反応率分布測定を行った。高速中性子束の指標となるニオブの反応率に関しては、反射体有り及びなしの条件で有意の差はなく、計算は実験と10%以内で一致した。一方、低エネルギー中性子の指標となる金の反応率に関しては、反射体なしの実験では、計算は実験と10%以内で一致したものの、反射体有りの実験では、トリチウム生成率の結果と同様に計算は実験を10%以上過大評価しており、これまでの予測を確認できる結果が得られた。併せて、核データライブラリーの角度分布を変更して計算を行い、後方散乱中性子の影響を評価した。これらの後方散乱中性子に特化した実験と計算に関して、本学会にて発表する。

IFMIF/EVEDA加速器に対する遮へい評価

大西 世紀; 前原 直; 飯田 浩正; 山内 通則*; 榊 泰直; 佐藤 聡; 落合 謙太郎; 今野 力

no journal, , 

IFMIF/EVEDAで加速器の工学実証試験を行う9MeV, 125mA重陽子ビーム加速器では、加速器コンポーネント、ビームダンプでのビームロスにより多量の中性子が発生する。この中性子を遮へいするためのコンクリート壁厚さ、追加遮へい体の構造・厚さを決めるために詳細な遮へい評価を行った。計算コードにはMCNP5を、断面積ライブラリはFENDL-2.1を用いた。線源としては9MeV, 125mAの重陽子ビームがビームダンプ表面に一様に照射され、全ビームが停止すると仮定した場合の中性子源を用いた。また、現在の設計案に加えてビームダンプ開口径を20cmから10cmに縮小した場合と、ビームダンプ遮へい水タンクを50cm延長した場合の評価も行った。計算の結果、加速器室側壁ビームダンプ最近接点での線量は0.6Sv/hとなり、常時立ち入り可の管理区域上限値(25Sv/h)以下になっていることを確認した。また、ビームダンプ径縮小と水タンク延長により、それぞれ57%, 87%の線量低下が見られた。これらの結果より、加速器室の壁は厚さ150cmのコンクリートで十分であるということがわかった。

FNSにおけるITER/TBM核特性実験,2; 解析

佐藤 聡; 落合 謙太郎; 和田 政行*; 今野 力; 飯田 浩正; 山内 通則*; 高倉 耕祐; 大西 世紀; 西谷 健夫

no journal, , 

FNSのDT中性子源を用いて実施した一連のTBMモックアップ核特性実験(2層濃縮増殖材体系,ペブルベッド体系,反射体付1層濃縮増殖材体系)の解析を行った。モンテカルロコードMCNP-4C,核データライブラリーFENDL-2.1を用いて実験解析を行い、飛跡長評価によりセル平均のトリチウム生成率(TPR)を計算した。ペブルベッド体系実験の解析では、ペブル充填層に対して六方最密充填を仮定し、個々のペブルとペブル間のボイドをモデル化した非均質モデルと均質モデルを用いたが、計算結果に有意な違いは見られなかった。2層濃縮増殖材体系,ペブルベッド体系とも、TPRは10%以内の高い計算精度で予測可能であることがわかった。ただし、ベリリウム層と増殖材層後面側の境界近傍で、計算は実験を10%以上過大評価し、ベリリウム層からの後方散乱成分の計算結果に問題が有る可能性がある。一方、反射体付1層濃縮増殖材体系の場合、計算は実験を全体に10%以上過大評価した。この原因は、ベリリウム層からの問題同様、反射体からの後方散乱成分の計算結果に問題が有るためと考えられる。