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論文

Post irradiation experiment about SiC-coated oxidation-resistant graphite for high temperature gas-cooled reactor

柴田 大受; 水田 直紀; 角田 淳弥; 坂場 成昭; 大崎 貴士*; 加藤 秀樹*; 井澤 祥一*; 武藤 剛範*; Gizatulin, S.*; Shaimerdenov, A.*; et al.

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

高温ガス炉(HTGR)の炉内構造物には黒鉛が用いられている。空気侵入事故による黒鉛構造物の酸化は、安全性の観点から重要な課題である。黒鉛表面へのSiC被覆は、黒鉛の耐酸性を向上させる有望な技術である。しかし、炉内構造物への適用については、この材料の高温、中性子照射に対する健全性を確認することが重要である。原子力機構と日本の黒鉛メーカは耐酸化黒鉛の研究開発を進めてきた。原子力機構とカザフスタンINPとは、ISTCパートナープロジェクトの枠組みを利用して耐酸化黒鉛に対する中性子照射効果について調べた。本報は、SiC被覆を施した耐酸化黒鉛への中性子照射後試験の結果について述べるものである。耐酸化黒鉛のうち、ある一つの銘柄については照射後の酸化試験において優れた特性を示した。

論文

高温ガス炉用黒鉛の耐酸化特性の向上

水田 直紀; 角田 淳弥; 柴田 大受; 大崎 貴士*; 加藤 秀樹*; 井澤 祥一*; 武藤 剛範*; Gizatulin, S.*; 坂場 成昭

炭素材料科学の進展; 日本学術振興会第117委員会七十周年記念誌, p.161 - 166, 2018/10

原子力機構及び日本の黒鉛メーカ4社(東洋炭素,イビデン,東海カーボン,新日本テクノカーボン)は、高温ガス炉の炉内構造材料に用いる黒鉛の耐酸化性を向上させることを目的に、CVD法によりSiCコーティングを施した耐酸化黒鉛の研究を進めている。本報では、国際科学技術センター(ISTC)のパートナープロジェクトとして実施した、カザフスタン共和国の核物理研究所(INP)のWWR-K炉による耐酸化黒鉛の中性子照射試験について紹介する。照射試験に先立ち、各試験片に対して未照射条件での酸化試験を行った結果、耐酸化試験片全てにおいて、CVD法により施されたSiCコーティングが十分な耐酸化性を示すことがわかった。中性子照射試験は終了しており、今後はWWR-Kホットラボでの炉外酸化試験を行う計画である。

論文

Irradiation test about oxidation-resistant graphite in WWR-K research reactor

柴田 大受; 角田 淳弥; 坂場 成昭; 大崎 貴士*; 加藤 秀樹*; 井澤 祥一*; 武藤 剛範*; Gizatulin, S.*; Shaimerdenov, A.*; Dyussambayev, D.*; et al.

Proceedings of 8th International Topical Meeting on High Temperature Reactor Technology (HTR 2016) (CD-ROM), p.567 - 571, 2016/11

高温ガス炉(HTGR)に用いられている黒鉛について、さらなる安全裕度を確保するため、耐酸化性を向上させることが望ましい。黒鉛表面へのSiC被覆は、そのための候補技術である。原子力機構と日本の黒鉛メーカ4社:東洋炭素,イビデン,東海カーボン,新日本テクノカーボンとで、耐酸化黒鉛を炉内黒鉛構造物に適用する研究を進めている。国際科学技術センター(ISTC)のパートナープロジェクトとして、カザフスタン共和国の核物理研究所(INP)のWWR-K炉により、照射キャプセル2体により耐酸化黒鉛に対する中性子照射試験を実施した。WWR-K炉で、照射温度1473Kにおける10サイクル200日間の照射試験を完了した。最大の高速中性子(E$$>$$0.18MeV)照射量は、中央の照射孔に装荷したキャプセルで1.2$$times$$10$$^{25}$$/m$$^{-2}$$、炉側部の照射孔に装荷したキャプセルで4.2$$times$$10$$^{24}$$/m$$^{-2}$$であった。照射後の試験片について、寸法、重量測定、光学顕微鏡による外観観察を実施した。今後、炉外での酸化試験を行う計画である。

論文

Thermophysical properties of americium-containing barium plutonate

田中 康介; 佐藤 勇; 廣沢 孝志; 黒崎 健*; 牟田 浩明*; 山中 伸介*

Journal of Nuclear Science and Technology, 52(10), p.1285 - 1289, 2015/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:22.25(Nuclear Science & Technology)

BaPu$$_{0.91}$$Am$$_{0.09}$$)O$$_{3}$$を調製し、ペロブスカイト型結晶構造を確認するとともに、音速測定により弾性率及びデバイ温度を求めた。また、熱伝導率を評価し、マトリクスと比較してきわめて小さい値を示すことがわかった。熱伝導率とデバイ温度の関係から、Ba系ペロブスカイト化合物の熱伝導率は原子間結合力の大きさで説明できることを明らかにした。

論文

Applicability study of nuclear graphite material IG-430 to VHTR

大崎 弘貴; 島崎 洋祐; 角田 淳弥; 柴田 大受; 小西 隆志; 石原 正博

Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 8 Pages, 2015/05

超高温ガス炉(VHTR)黒鉛構造物の設計では、高強度で、かつ耐酸化性の高い黒鉛材の使用が望まれる。IG-430(黒鉛材)は、VHTR黒鉛構造物の有望な候補材のひとつであるが、高温ガス炉の設計のための十分なデータベースが存在しない。そこで、本研究では、IG-430の設計データとして最も重要な強度の一つである圧縮強度を測定結果を統計的に評価した。また、IG-430黒鉛構造物の信頼性をHTTRの黒鉛設計基準で用いられている安全率をもとに評価し、VHTR黒鉛構造物としての適用性を検討した。その結果、IG-430は、高温ガス炉で使われている従来の黒鉛材の一つであるIG-110よりも高強度(約11%)で、かつ、低い標準偏差(約27%)を持つことが示された。これは、IG-430中のき裂の伝播が、IG-110中と比較して容易でないためと推定される。また、評価したIG-430の破壊確率が低いことから、IG-430を用いることで黒鉛構造物の信頼性の向上が達成できることが分かった。以上より、IG-430がVHTRの黒鉛構造物に適用できる見通しを得た。

報告書

超高温ガス炉用等方性黒鉛(IG-110, IG-430)の酸化特性評価; 空気酸化による密度分布と圧縮強度の変化

藤田 一郎*; 衛藤 基邦*; 大崎 弘貴; 柴田 大受; 角田 淳弥; 小西 隆志; 山地 雅俊; 國本 英治

JAEA-Research 2013-004, 20 Pages, 2013/07

JAEA-Research-2013-004.pdf:2.4MB

高温ガス炉や第四世代の超高温ガス炉(VHTR)の炉心構造物には黒鉛が使用される。黒鉛は高温において炉内の冷却材ヘリウムガス中の不純物や空気侵入事故時の酸素ガス等により酸化する恐れがある。このため、黒鉛の酸化特性及びそれに伴う機械的特性の変化を評価しておくことが重要である。本研究では、高温ガス炉(VHTRを含む)用の材料であるIG-110及びIG-430黒鉛の520-900$$^{circ}$$Cにおける空気酸化特性及び酸化に伴う圧縮強度の変化について調べ、以下の結論を得た。(1)IG-430の酸化速度はIG-110の半分以下であるが、活性化エネルギーはほぼ同じ176kJ/molである。(2)酸化による密度分布と圧縮強度の変化には相関があり、同一の酸化重量変化においては、均一酸化が生じる600$$^{circ}$$C以下で強度が最も小さくなる。(3)酸化の進行過程においては、黒鉛試験片内のバインダー由来の結晶性の悪い部分から優先的に酸化が進行する。そのため、酸化消耗については、ガス化以外に、コークス粒子が脱離する影響も考慮する必要がある。

論文

Thermophysical properties of perovskite type alkaline-earth metals and plutonium complex oxides

田中 康介; 佐藤 勇; 廣沢 孝志; 黒崎 健*; 牟田 浩明*; 山中 伸介*

Journal of Nuclear Materials, 422(1-3), p.163 - 166, 2012/03

 被引用回数:7 パーセンタイル:53.66(Materials Science, Multidisciplinary)

SrPuO$$_{3}$$を調製し、結晶構造を確認するとともに、音速測定により弾性率及びデバイ温度を求めた。また、熱伝導率を評価し、マトリクスと比較してきわめて小さい値を示すことがわかった。

論文

Preparation and characterization of the simulated burnup americium; Containing uranium-plutonium mixed oxide fuel

田中 康介; 逢坂 正彦; 三輪 周平; 廣沢 孝志; 黒崎 健*; 牟田 浩明*; 宇埜 正美*; 山中 伸介*

Journal of Nuclear Materials, 420(1-3), p.207 - 212, 2012/01

 被引用回数:5 パーセンタイル:42.85(Materials Science, Multidisciplinary)

模擬低除染酸化物燃料を調製し、相状態評価及び弾性率,融点測定を実施し、低除染酸化物燃料の高燃焼度領域での特性を評価した。

論文

Study of neutron capture reactions using the 4$$pi$$ Ge spectrometer

原田 秀郎; 後神 進史*; 木村 敦; 太田 雅之*; 大島 真澄; 北谷 文人; 藤 暢輔; 古高 和禎; 金 政浩; 小泉 光生; et al.

Journal of the Korean Physical Society, 59(2), p.1547 - 1552, 2011/08

 被引用回数:8 パーセンタイル:53.36(Physics, Multidisciplinary)

中性子捕獲断面積の高精度化のために全立体角Geスペクトロメータを開発した。本装置は高い分解能を有しており、中性子捕獲反応断面積導出の他、共鳴ピークの同定、$$gamma$$線の強度分布決定やスピンパリティーの同定にも利用可能である。共鳴ピーク同定の例として$$^{rm nat}$$Agサンプルを用いた測定結果を報告する。また、$$gamma$$線の強度分布決定の例として$$^{238}$$Uサンプルを用いた測定結果を報告する。さらに、本スペクトロメータをJ-PARCの大強度パルス中性子源に設置し、数100eV領域まで測定した$$^{241}$$Amサンプルに対する中性子捕獲断面積の予備的解析結果を報告し、全立体角Geスペクトロメータが、中性子捕獲断面積研究及び核構造研究に強力な装置となることを議論する。

論文

Thermal conductivity of BaPuO$$_{3}$$ at temperatures from 300 to 1500 K

田中 康介; 佐藤 勇; 廣沢 孝志; 黒崎 健*; 牟田 浩明*; 山中 伸介*

Journal of Nuclear Materials, 414(2), p.316 - 319, 2011/07

 被引用回数:13 パーセンタイル:71.79(Materials Science, Multidisciplinary)

粉末冶金手法によりBaPuO$$_{3}$$を調製し、熱伝導率を測定した。その結果、これまでに報告されているBaUO$$_{3}$$とほぼ同じレベルの熱伝導率を有し、その温度依存性も類似傾向を示すことがわかった。

論文

Factors controlling potentially mineralizable and recalcitrant soil organic matter in humid Asia

角野 貴信; 舟川 晋也*; 小崎 隆*

Soil Science and Plant Nutrition, 55(2), p.243 - 251, 2009/04

 被引用回数:9 パーセンタイル:30.97(Plant Sciences)

湿潤アジアにおける土壌有機物動態を詳細にモデル化するためには、易分解性炭素(PMC),窒素(PMN),難分解性炭素(ROC),窒素(RON)量を規定する土壌及び気象特性値を明らかにする必要がある。タイ,インドネシア,日本の耕地及び森林から得られた89点の表層土壌を、一定温度・水分含量で静置培養し、放出されたCO$$_{2}$$及び無機態Nを経時的に定量した。積算した無機化C及びN量を幾つかのモデルにフィッティングさせ、速度定数,PMC,PMN量を算出した。ROC及びRONは、それぞれ全C及び全N量とPMC,PMNとの差とした。段階的重回帰分析の結果、PMC及びPMNは軽比重画分($$<$$1.6gcm$$^{-3}$$)の炭素(LFC)及び窒素量(LFN)と粘土含量によって規定されていた。一方、ROC及びRONは、おもに軽比重画分の有機物と非晶質鉱物、及び粘土含量によって規定されていた。湿潤アジアにおける土壌有機物動態の正確な理解のためには、物理分画が有効であるだけでなく、非晶質鉱物など、母材の違いによる影響を詳細に検討する必要があることがわかった。

論文

Chemical thermodynamic representation of (U,Pu,Am)O$$_{2-x}$$

逢坂 正彦; 滑川 卓志; 黒崎 健*; 山中 伸介*

Journal of Nuclear Materials, 344(1-3), p.230 - 234, 2005/09

 被引用回数:11 パーセンタイル:62.54(Materials Science, Multidisciplinary)

(U,Pu,Am)O$$_{2-x}$$の酸素ポテンシャル等温曲線を化学熱力学モデルにより解析した。5つの化学種及びそれらの間の相互作用を考慮した。(Am,U)O$$_{2-x}$$の酸素ポテンシャルを解析し、Am$$_{5/4}$$O$$_{2}$$とUO$$_{2}$$の間の相互作用を求め、本モデルに導入することにより、実験値を良好に表す曲線を得た。

論文

Oxygen potentials of (U$$_{0.685}$$,Pu$$_{0.270}$$,Am$$_{0.045}$$)O$$_{2-x}$$ solid solutions

逢坂 正彦; 佐藤 勇; 滑川 卓志; 黒崎 健*; 山中 伸介*

Journal of Alloys and Compounds, 397(1-2), p.110 - 114, 2005/07

 被引用回数:23 パーセンタイル:78.82(Chemistry, Physical)

Amを含有するMOX燃料の酸素ポテンシャルを測定した。H$$_{2}$$O/H$$_{2}$$, CO$$_{2}$$/H$$_{2}$$気相平衡を用いた熱重量分析により、1123K, 1273K及び1423Kおける酸素ポテンシャルを測定した。測定値をMOX燃料と比べた場合、わずか4.5%のAmであっても酸素ポテンシャルは非常に高いことが分かった。

報告書

MA含有燃料の物性に関する基礎研究

山中 伸介*; 宇埜 正美*; 黒崎 健*; 逢坂 正彦; 佐藤 勇; 滑川 卓志; 加藤 正人; 木原 義之

JNC TY9400 2004-001, 111 Pages, 2004/04

JNC-TY9400-2004-001.pdf:2.81MB

MA含有燃料の物性に関する基礎研究として、大阪大学において計算機シミュレーションを、サイクル機構において物性測定をそれぞれ実施し、得られた結果をあわせて、MA含有MOX燃料の相状態や各種基礎物性を総合的に評価した。

報告書

ITER用超伝導コイルの製作技術開発と成果

濱田 一弥; 中嶋 秀夫; 奥野 清; 遠藤 壮*; 菊地 賢一*; 久保 芳生*; 青木 伸夫*; 山田 雄一*; 大崎 治*; 佐々木 崇*; et al.

JAERI-Tech 2002-027, 23 Pages, 2002/03

JAERI-Tech-2002-027.pdf:2.94MB

国際熱核融合実験炉(ITER)の建設判断に必要な技術を実証することを目的として、1992年から工学設計活動 (EDA) が日本,欧州連合(EU),ロシア,米国の国際協力によって進められた。このEDAでは、各種の先端的機器の製作技術開発が行われ、ITERで必要とされる製作技術の実証と技術目標の達成に成功し、2001年7月に終了した。そして、現在、ITER計画は建設に向けた新たな局面へと進んでいる。ITERの超伝導コイル・システムは、トロイダル磁場(TF)コイル,中心ソレノイド(CS)コイル,ポロイダル磁場(PF)コイル,及び不整磁場補正コイルの4種類からなる。これらのコイルの内、CSコイル及びTFコイルは、これまで経験したことのない大型かつ高性能なコイルであるため、EDAにおいて、それぞれCSモデル・コイル計画及びTFモデル・コイル計画を実施し、製作技術開発及び超伝導特性の実証試験を行った。CSモデル・コイルの製作には、高性能超伝導素線製造技術,大型撚線技術,コイル化技術,熱処理技術,超伝導導体接続技術及び高耐電圧絶縁技術の開発が不可欠である。本報では日本が中心となって開発に成功したCSモデル・コイルについて、以上の製作技術を中心に紹介する。

報告書

摸擬燃焼燃料を用いた高燃焼度燃料の熱物性及び機械的性質に関する基礎的研究(III)-先行基礎工学分野に関する平成12年度報告書(最終報告)-

山中 伸介*; 宇埜 正美*; 黒崎 健*; 山本 一也; 滑川 卓志

JNC TY9400 2001-004, 175 Pages, 2001/03

JNC-TY9400-2001-004.pdf:4.4MB

本研究は、実燃料を用いての測定がきわめて難しい高燃焼度MOX燃料の熱物性及び機械的特性を予測評価するため、模擬MOX燃料物質を用いた物性測定による固体状FP蓄積の影響評価と化学平衡計算、分子動力学法、有限要素法解析などの計算機シミュレーションの両面から、評価手法としての基礎的な事項について研究を実施したものである。本研究により、熱物性及び機械的特性の予測評価に関して、高速炉MOX燃料の高燃焼度化に対して有益な以下の基礎的な知見が得られた。・模擬MOX燃料母材に、燃料中に固溶するFPであるジルコニウムとネオジムを添加した模擬燃焼燃料を合成し、熱伝導率は母材の熱伝導率と添加元素濃度から近似的に評価できること、弾性定数と硬度はFPが固溶することによって大きく減少することが示唆された。・燃料中で酸化物として析出する代表的なFP相であるBaUO3,BaZrO3,BaCeO3について、いくつかの物性値と機械的特性の間に存在する相関関係を調べると、BaZrO3とBaCeO3は比較的UO2に近い挙動を示すが、BaUO3は全く異なり、比較的単純な結晶構造でありながらむしろ熱伝導率、機械的特性共に石英ガラスに近い相関関係があるという興味深い結果が得られた。・UO2とPuO2の格子定数,熱膨張率及び圧縮率といった基礎的な物性データから分子動力学法によってMOX燃料の比熱、熱伝導率といった物性を評価することができ、高燃焼度MOX燃料の物性を予測する手法として分子動力学法の計算機シミュレーションは有効なツールとなり得ることが分かった。・MOX燃料ペレットの熱伝導率に与えるFP析出相の影響を有限要素法解析によって評価し、約10at.%の燃焼度に相当するFP析出相が燃料ペレットの熱伝導率に与える影響は、固溶FPが与える影響と比べて一桁程度小さいことがわかった。

報告書

模擬燃焼燃料を用いた高燃焼度燃料の熱物性及び機械的物質に関する基礎的研究(II) -先行基礎工学分野に関する平成11年度報告書(中間報告)-

山中 伸介*; 宇埜 正美*; 黒崎 健*; 山本 一也; 滑川 卓志

JNC TY9400 2000-011, 41 Pages, 2000/03

JNC-TY9400-2000-011.pdf:1.28MB

高燃焼度時における高速炉用MOX燃料の熱物性および機械的性質を評価するための基礎的研究を実施し、以下の結果を得た。高燃焼度時に高速炉用MOX燃料中に生成する核分裂生成物(Fission Product;FP)からなるFP析出相として、FPとアクチニド元素との複合酸化物相を取り上げその基礎物性測定を実施した。酸化物相のうちペロブスカイト型BaUO3の熱伝導率はUO2に比べ約一桁小さい値となり、燃料ペレット全体の熱伝導率を減少させる可能性があることを確認した。またBaUO3の弾性定数はUO2の弾性定数の約30%程度であることが判った。このことから燃焼が進み酸化物相が燃料母材中に析出した場合、特に偏析した場合は、燃料ペレット全体としての応力状態が不均一になり機械的特性が低下する可能性があることが判った。また、燃料母材中に固溶する元素が燃料の物性に及ぼす影響を調査するために分子動力学法(Molecular Dynamics;MD)を用いた物性予測を実施した。計算結果と昨年度実施した実験結果との間で妥当な一致が見られ、分子動力学法がMOX燃料の物性を評価する上で重要なツールと成り得ることが確認できた。

論文

Completion of the ITER CS model coil-outer module fabrication

安藤 俊就; 檜山 忠雄; 高橋 良和; 中嶋 秀夫; 加藤 崇; 礒野 高明; 杉本 誠; 河野 勝己; 小泉 徳潔; 布谷 嘉彦; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 10(1), p.568 - 571, 2000/03

 被引用回数:10 パーセンタイル:54.49(Engineering, Electrical & Electronic)

1992年より開始されたITER中心ソレノイド・モデル・コイル作製は7年の歳月をかけてようやく完成した。本コイル製作で習得した高度の技術、ITER建設に向けての課題について紹介する。

論文

Fabrication of ITER central solenoid model coil-outer module

安藤 俊就; 檜山 忠雄; 高橋 良和; 中嶋 秀夫; 加藤 崇; 杉本 誠; 礒野 高明; 河野 勝己; 小泉 徳潔; 濱田 一弥; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 9(2), p.628 - 631, 1999/06

 被引用回数:8 パーセンタイル:52.23(Engineering, Electrical & Electronic)

国際協力で進めている国際熱核融合実験炉(ITER)のR&Dにおいて最も重要な位置を占める中心ソレノイド・モデル・コイルの外層モジュールの建設が90%の完成をみるところまで進展した。その製作の内容について紹介する。

口頭

ユーラシアステップにおける土壌有機物分解過程のモデル化

角野 貴信; 舟川 晋也*; 小崎 隆*

no journal, , 

土壌有機物(SOM)は陸域生態系において重要な役割を担っており、その動態をモデル化することは持続的な食糧生産や炭素循環の解明に大きく寄与する。これまで多くの動態モデルが提案されてきたが、そのほとんどが固有の代謝回転速度を持つ有機物画分を概念的に設定して構築されており、その各画分は実測することができないという短所を持つ。そこで本研究では、「実測できる特性値」によるSOM動態のモデル化を目的とし、その構築及び検証を行った。ユーラシアステップにおいて採取された表層土壌の全有機炭素量を、培養実験により易分解性炭素量(PMC)と難分解性炭素量(ROC)に分け、これらの存在量と土壌,気象特性値との関係を明らかにした。次に、PMC、見かけの一次生産(NPP),土壌呼吸速度を日単位で推定する、土壌有機炭素動態モデルを構築した。このモデルを用いて、2002$$sim$$2004年のウクライナ北部(チェルノーゼム)及び南部(カスタノーゼム)の自然草地2地点における、全土壌呼吸速度(WR)及び微生物呼吸速度(MR)を推定した結果、本モデルは、ユーラシアステップにおける自然草地の炭素動態を再現することができたと結論付けられた。

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