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Al小澤 顕*; 松多 健策*; 長友 傑*; 三原 基嗣*; 山田 一成*; 山口 貴之*; 大坪 隆*; 百田 佐多夫*; 泉川 卓司*; 炭竃 聡之*; et al.
Physical Review C, 74(2), p.021301_1 - 021301_4, 2006/08
被引用回数：44 パーセンタイル：88.63(Physics, Nuclear)理化学研究所のリングサイクロトロンで、陽子過剰核Alの
因子を初めて測定した。実験的に測定された因子の絶対値は、1.557
0.088と決められた。この原子核は、鏡像核Neのエネルギー準位から見ると、基底状態は1/2
もしくは5/2と考えられる。決められた因子と殻模型計算による因子との比較から1/2は明らかに否定されるため、基底状態のスピンは5/2と与えられた。これまで、Alは陽子ハロー構造のため、1/2状態が基底状態になる可能性が議論されてきたが、この実験により少なくとも基底状態にハロー構造が存在しないことがはっきりした。また、Neの磁気モーメントの実験値から、Alの基底状態におけるアイソスカラー固有スピンの期待値が求められるが、その値は
Cのように異常な値を示さず、正常であることがわかった。
大坪 章; 羽賀 一男; 小綿 泰樹
JNC TN4420 2002-001, 102 Pages, 2002/10
JNC-TN4420-2002-001.pdf:4.13MB
本報告書では、(超)小型FBR即ち宇宙炉及び深海炉の研究現状について調査した。まず宇宙炉に関しては、原子力ロケットエンジン技術開発の世界の歴史、月面基地用のFBR発電所の建設、静的発電システムおよび核燃料供給について調査した。これはいわゆる「夢のある話」であって、本報告書では次に述べる深海炉研究の完了後の、2050以降の実現を想定している。深海炉に関しては本報告書では、昨年6月作成の報告書「海洋研究用に要望のある高速深海炉」以後の研究の進展について調査し、この報告書の補遺報告とした。具体的には我が国においても、自律型無人潜水船の技術の確立がされてきたので、今や海底基地即ち無人基地や少人数滞在型の有人基地については、いわゆる「夢のある話」でなく、「現実の話」になったことにつき述べた。深海炉研究の発表は海洋技術国際学会UT2002でも好評で、聴講されたIEEE(INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERS,INC.;米国電気電子技術者協会)のSENIOR EDITOR等の複数の外国技術者から、海洋研究用電源の開発の重要性に基づいて、高評価および積極的賛同が寄せられた。本研究については旧動燃時代に、プロジェクト化出来るかどうかの社内技術審査があり合格しているので、筆者は本研究がこれから日本で本格的になされるのが好ましいと考えている。更にこの度特殊法人改革でサイクル機構と原研が統合することになったが、この統合は筆者が2001年春の原子力学会の総論部門で発表した論文の内容と同種のものであるので、本報告書で改めて賛成意見をまとめた。
大坪 章
UNDERWATER TECHNOLOGY 2002, 0 Pages, 2002/00
海洋専門家の意見についての調査結果に基づいて、要望に応えられるような高速深海炉の概念検討を行った。炉の主要明細を示すと共に、炉の設置深度と重量の関係について示した。またこの炉の燃料の核不拡散性について論じると共に、現在の海洋における軍事利用の巨大さを説明した。
大坪 章
JNC TN4420 2000-011, 34 Pages, 2000/09
JNC-TN4420-2000-011.pdf:1.16MB
現在宇宙専門家の間では、大量の荷物(Load)を宇宙空間に打ち上げるために、まずこの荷物を地球に最も近い低軌道にレーザ推進軌道変換輸送機(LOTV: Laser Orbital Transfer Vehicle)なるものに搭載した状態で打ち上げ、次に低軌道から高軌道への輸送は、LOTVが行うという方法が検討されている。このLOTVへのエネルギー供給は、火力発電機を搭載して定常的に高度1万mを飛行する大型の飛行機から、レーザ光をLOTVに向けて照射して行おうということである。筆者はこの方法より、地球上の高地に高速炉を設置した方が有利でないかと考えた。この場合この高速炉は、都会にいる運転員が制御室から人工衛星を使用して、遠隔操作で運転することになる。本報告書では、このアイデアが妥当なものであることを示すために、システム概念の検討を行うと共に、宇宙・地上・深海高速炉ガスタービン発電システム定常解析コードSTEDFASTを使用した熱効率解析を行なった。
大坪 章; 羽賀 一男; 小綿 泰樹
Underwater Technology 2000, 0 Pages, 2000/00
None
大坪 章; 小綿 泰樹; *
JNC TN4420 98-001, 56 Pages, 1999/01
我が国では高速炉開発に関しては、大型高速増殖炉のみの開発が行われてきた。しかし世界的には大型高速増殖炉の開発と同時に、これと平行して、宇宙で利用される数十
数百KWEの可搬型炉の開発が行われてきた。本報告書はこのような諸外国における可搬型炉の開発の歴史について調査するとともに、より小さな数WE200WEの電気出力の原子力電池の世界的な開発及び実用状況について調査したものである。このような可搬型高速炉及び、原子力電池は宇宙のみならず深海および地上の僻地での使用も期待されるものである。本報告書においては、このような可搬型高速炉及び、原子力電池の我が国における開発の意義について論じた。但し原子力電池については238PU電池および90SR電池の2種類があるが、前者の開発はその技術的課題を検討した結果、当面はわが国での開発は不可能と考えられる。
大坪 章; 岡田 敏夫; 高橋 伸友; 佐藤 和二郎; 服部 直三
Journal of Nuclear Science and Technology, 36(6), p.522 - 534, 1999/00
被引用回数：8 パーセンタイル：53.67(Nuclear Science & Technology)「常陽」MK-I炉心燃料被覆管に発生した擦り痕の発生原因について、「常陽」と米国EBR-II炉での擦り痕発生データ及び炉外試験データを参考にして考察した。その結果、燃料集合体中のナトリウム温度分布と、燃料ピン温度の分布の不一致に起因する集合体周辺ピンの熱湾曲量の時間的変化(熱流力振動と呼ぶ)が原因と考えるに至った。この熱流力振動を表現するモデルを作成し、更に燃料被覆管とワイヤ間の接触面での剪断力と垂直力を指標とする擦り痕発生条件の評価図を作成した。この評価図では、現在までの数基の高速炉の燃料ピンに関して、擦り痕発生領域を明確に示すことができた。
小綿 泰樹; 大坪 章
PNC TN9410 98-077, 69 Pages, 1998/07
陽子加速器駆動により未臨界高速炉を燃料自給型ハイブリッド高速炉として利用する場合の炉物理的成立性を検討するために、ターゲット部で発生する中性子の炉心内増倍効果および長期サイクル運転を達成できる炉心パラメータを求める解析を行った。炉心内にターゲット領域を設けた炉心で、DORTコードによる輸送計算を簡略的手法と現実的手法の2つで行い、両者の中性子束分布および未臨界増倍率を比較して前者の妥当性を評価した。前者はターゲット部を非増倍領域とした固有値計算、後者はそれを局所中性子源とした未臨界増倍計算である。簡略的な固有値計算では、高速中性子束分布はターゲット部に近い炉心領域ほど未臨界増倍計算のそれに比べて過小評価するが、未臨界増倍率は過大評価する。ターゲット領域を設けたハイブリッド高速炉の炉心拡散・燃焼計算を2DBURNコードで行った。前年度実施した予備解析の炉心条件に比べて炉心体積を約3倍増加させるとともに、加速器駆動のための実効増倍率変化範囲を0.90+-0.05に拡大した。初装荷燃料として10wt%濃縮ウランと一部にダミー燃料を併用し、取り替え燃料には天然ウランを使用すれば、約40年にわたる燃焼サイクルの達成が可能である。
大坪 章
PNC TN9410 98-059, 53 Pages, 1998/06
動燃では宇宙・地上・深海高速炉システムの定常解析コードとしてSTEDFAST(Space, TErrestrial and Deep sea FAST reactor system)を開発している。これは、深海, 宇宙及び地上でのコジェネレーション用の動力源として用いるガスタービン発電方式高速炉システムにつき、システムパラメータの最適値を得るためのものである。今回は本解析コードを使用してパラメータサーベイ計算を行って可搬型炉特性につき研究することとした。深海炉については、40kWeのNaK冷却型の炉をベースケースとして種々の変数を変化させて計算した。深海炉では設計上重要な要素である機器重量合計と廃熱のための耐圧殻上の必要表面積に着目した。前者については発電量及び耐圧殻材料が、後者については発電量、原子炉出入口温度、海水自然循環熱伝達係数等が特に影響の大きい変数であった。宇宙炉については、40kWeのNaK冷却型の炉をベースケースとして、コンプレッサ入口温度、原子炉出入口温度、タービン入口圧力を変化させて計算した。宇宙炉の重要特性である機器重量合計には、前2者の影響が大きかった。地上炉についてはPb冷却の熱出力100MWtの炉をベースケースとして、コジェネレーション用の100
の熱水を製造する熱交換器の伝熱管本数、コンプレッサ段数、1次系冷却材の種類を変化させて計算した。1次系冷却材をPbとNaの場合の比較では、密度がかなり異なるので当然のことであるが、1次系重量流量に関しては前者の場合後者の場合よりもずっと大きくなった。その他については、特筆するほどの大きな特性の変化は無かった。
大坪 章; 小綿 泰樹
PNC TN9420 97-006, 70 Pages, 1997/09
動燃では色々な型の新型高速炉の研究をしてきた。その中で深海高速炉はわが国の海洋/気象/海底油田/地震等の専門家からの開発研究に対する期待が大きく、また開発に要する予算も小さく、開発課題も殆ど無く、最も実現性の高いものである。本報告書では開発目標とする40kWe及び200-400kWeの深海高速炉の概要について説明するとともに、その利用法について調査検討をした。深海高速炉は海洋では、長期気候予測及び地球科学研究用無人海底基地、深海底油田基地等での電源としての利用がある。一方陸上においても、極地での研究施設の暖房と電力供給が考えられる。またより将来は、宇宙での利用も考えられる。現在、大型高速増殖炉開発計画は順調に進まず、実用化時期がかなり遠のいた状態にある。深海高速炉を一刻も早く実用化し、高速炉技術を現代社会にしっかりと植えつけることが、現時点で最も大切なことであると筆者は考える。
小綿 泰樹; 大坪 章
PNC TN9410 97-064, 42 Pages, 1997/06
加速器と未臨界高速炉とを組み合わせたハイブリッド炉(加速器ハイブリッド高速炉)の特徴(出力制御性、硬中性子スペクトル等)を生かし、これまで主として超ウラン元素(TRU)を消滅させる性能に着目して検討を行ってきた。使用する加速器の形式として、単位出力当りの中性子発生数の観点から、加速ビームが電子又は陽子の場合を比較した。その結果、ターゲット(タングステン)原子核とのスポレーション反応を利用する陽子加速器が優れており、当然TRU消滅特性も有利であることが分かった。本来、高速炉は転換比が高いので加速器のような外部中性子源を組み合わせれば、制御棒や高富化プルトニウム燃料を使用しなくても出力密度を高くして長期運転が可能であると考えられる。すなわち、核分裂性プルトニウムを自給できる(燃料自給)特性をもっている。従って、本報告書では、陽子加速器の高い中性子発生能力に基づく原子炉制御への適用性を利用し、陽子加速器ハイブリッド高速炉の炉心特性を2D-BURNコードを用いて概略的に検討した。出力密度300w/ccでターゲット部を無視した円筒炉心を想定し、炉心の寸法と全炉心体積に占める燃料の体積比をパラメータとして行った燃焼計算から燃料自給の可能性を検討した。この結果、炉心高さと半径がそれぞれ100cmの炉心では、初期炉心にのみ中富化度(約10wt%)のウラン又はプルトニウム燃料を装荷すれば、以後の燃焼サイクルには天然ウランのみを供給するだけで長期運転が可能になる見通しが得られた。なお、より詳細な解析は次年度に行う予定である。
大坪 章; 小綿 泰樹
PNC TN9410 97-029, 39 Pages, 1997/03
動燃では現在加速器による消滅処理研究の一環として、大電力電子線形加速器の研究をしている。そこで応用利用技術の一つとして、電子加速器とTRU燃料を用いた未臨界炉心体系を組み合わせたハイブリッド炉の核熱計算を昨年度行った。加速器と未臨界炉心体系を組み合わせたハイブリッド炉としては、良く知られているように電子加速器以外に陽子加速器を用いるハイブリッド炉がある。今年度は陽子加速器を用いるハイブリッド炉の核熱計算を実施して、両方のハイブリッド炉のTRU消滅特性を比較した。陽子加速器で加速された陽子ビームを、未臨界炉心体系の中央に位置するターゲット部に入射する。そして核破砕反応により中性子を発生させる。発生した中性子は周囲の未臨界炉心体系に入り、TRUを消滅させる。計算の結果、ビームパワー1MWの陽子線を1年間keffが0.95の未臨界炉心体系に入射した場合、TRU消滅量は約10kgになった。このTRU消滅量は、昨年度検討した電子加速器を用いるハイブリッド炉の場合のTRU消滅量の、約100倍である。
大坪 章; 羽賀 一男; 清野 裕; 片岡 一
第8回原子炉熱流力国際会議, p.1101 - 1110, 1997/00
液体金属冷却高速炉の応用として考えられた300kWe宇宙炉SPECTRAおよびSPECTRA-Lでは,発電部に変換効率が高い熱機関の中でも規模が大きくなるほど出力/重量が大きく有利になるランキンサイクルを採用した。タービン入口温度が1040と高温であることから,作動流体にはカリウムを用いるとしている。そこで原子炉システム全体形状の決定と重量の評価に大きな影響を持つカリウムタービン系,すなわち2次系の主要機器について,熱流力な観点から概念設計を行った。取り上げた機器は,主にヒートパイプ,凝縮器,放熱板である。ヒートパイプでは外経37mmでナトリウムを封入したものが14.4kWの熱を輸送できると計算され,これを凝縮器と放熱板の間に142本配置する。2基の凝縮器では,カリウム二相流が内面をヒートパイプ受熱面とする環状流路に導かれて凝縮する。放熱板にはヒートパイプ放熱部が密着され,平均600である80㎡の表面から2M
大坪 章; 野村 昌弘; 武井 早憲
PNC TN9410 96-205, 42 Pages, 1996/07
動燃では現在加速器による消滅処理研究の一環として,大電力電子線形加速器の研究をしている。そこで応用利用技術の一つとして,電子加速器とTRU燃料 を用いた未臨界炉心体系を組み合わせたハイブリッド炉の検討を行った。本報告書ではハイブリッド炉の特性を知るために行った核熱計算の結果について述べる。電子加速器で加速された電子ビームを,未臨界炉心体系の中央に位置するターゲット部に入射する。はじめに入射した電子は制動輻射により
線を生成する。そして(,n)反応により中性子を発生させる。発生した中性子は周囲の未臨界炉心体系に入り,TRU燃料を燃焼させる。計算の結果,入射エネルギー100MeV,ビームパワー1MWeの電子線を1年間未臨界炉心体系に入射した場 合,TRU消滅量は約0.1Kgになり,またハイブリッド炉は熱工学的には十分成り立つ可能性があることが分かった。加速器と未臨界炉心体系を組み合わせたハイブリッド炉としては,良く知られているように電子加速器以外に陽子加速器を用いるハイブリッド炉がある。陽子加速器を用いるハイブリッド炉の核熱計算を今後実施して,両方のハイブリッド炉のTRU消滅特性を比較する予定である。
大坪 章
PNC TN9410 96-070, 52 Pages, 1996/05
可搬型深海炉の仮想的な炉心浸水事故時に,熱中性子化した状態における未臨界性の確保を確認するため,炉心特性計算を実施した。解析対象の事故条件は,次のように設定いた。まず(1)深海で耐圧殻からの海水漏洩事故が発生し,次に(2)安全棒及び制御棒が挿入されて炉は停止する。その後(3)一次系の境界が何らかの原因で破損し,炉心内に海水が侵入する。炉心としては,プルトニウム富化度50%,ウラン濃縮度20%の酸化物燃料を用いた炉心及び,宇宙炉SP-100と同じウラン濃縮度97%の窒化物燃料を用いた炉心の2種類とした。この他に燃料ピン間のスペーサの有無の影響を検討対象とした。解析計算は主にMCNPコードを用いて行った。計算の結果,炉心内の海水量が多いスペーサの有の場合でも,燃料ピン内に熱中性子吸収特性に優れているレニウムのライナを挿入することで,炉心浸水事故時の未臨界性が確保されることが分かった。必要なレニウムライナ厚さは,酸化物燃料の場合0.15mm,窒化物燃料の場合0.27mmとなった。
大坪 章; 野村 昌弘
PNC TN9420 96-001, 57 Pages, 1996/03
加速器と未臨界炉を組合せたハイブリット炉システムは,安全性に富むシステムとして,各国で研究されている。しかし,工学的には解決すべき課題が多数ある。そこで成立性の高い陽子加速器・固体炉心燃料を用いるシステムに関して,技術的課題を摘出するとともにその解決法及び難易度について検討した。加速器部分の重要課題としては,イオン源のフィラメント寿命,ビーム損失の低減,CWRFQ(連続波型高周波四重極リニアック)及び大電流CCL(結合空洞型リニアック)の開発等がある。未臨界炉については,TRU(MA)インベントリーの確保,燃焼欠損反応度の制御等が,また両者の結合部では,磁石機器類の放射化損傷対策,ビーム窓の開発等が,重要課題である。
大坪 章; 佐久間 実; 原田 秀郎
PNC TN9410 95-072, 39 Pages, 1995/04
昨年度の調査検討の結果、加速器・核分裂炉ハイブリッド炉のうち最も実現性が高い、固体ターゲットと固体燃料を組み合わせた概念について検討した。即ち本年度は「常陽」を例にとって、未臨界の液体金属冷却高速炉(LMFR)と加速器とを組み合わせたハイブリッド炉概念について検討を行った。この検討では特に、炉心、加速器系、及び炉の改造部分に焦点をあてた。炉の改造は次の考え方に従った。TRU消滅処理プラントとしての特性把握を主眼として、炉心体系をパラメトリックに変更し、実験データの取得と消滅処理の実績をあげることを目的とする。従って、炉の原型をできるだけ保つこととし、炉心上部機構までの取り替えを行う。炉心部については、ターゲット部はタングステン製のターゲット集合体本数19体、燃料部はその外側の環状領域をステンレス被覆のTRU金属燃料またはTRU酸化物の炉心燃料集合体とした。炉心高さは1mである。出力平坦化のため制御棒を4体設置した。加速器系としては、500MeV-10mAの陽子線形加速器を選定した。陽子加速器の配置については、他の建屋との干渉が少ない南西の方向に設置することとした。更に原子炉構造側の改造手順について検討を行うとともに、許認可項目及びR&D項目の摘出を行った。
大坪 章
PNC TN9410 95-030, 40 Pages, 1995/04
深海炉は、米国のSNAP宇宙炉研究及び密閉ブレイトンサイクル開発という既存技術を利用し、且つ仏国ERATO宇宙炉設計研究を参考にしつつ、耐圧殻を冷却器の伝熱板として用いるという今までにない新概念を導入して、設計概念を構築したものである。既にこの深海炉の技術的成立性について検討した数多くの動燃報告書を作成したが、これらの報告書で検討されなかった詳細な項目に関してこの度検討を行ったものである。具体的な検討項目は次の通りである。Na水反応時のNaOH、24Na放射化、耐圧殻熱応力、遮蔽材材料、耐圧殻漏水確率予想、損傷深海炉の回収。既発行の報告書の検討に加えて本報告書の詳細検討によって、筆者は深海炉の技術的成立性は確証されたと考える。
大坪 章; 関口 信忠
PNC TN9520 95-002, 66 Pages, 1995/02
本解析コードSTEDFAST(Space,TErrestrial and Deep sea FAST reactor・gas tubine system)は、深海、宇宙及び地上でのコジェネレーション用の動力源として用いるガスタービン発電方式高速炉システムにつき、システムパラメータの最適値を得るためのものである。本解析コードの特徴は次の通りである。・対象とする高速炉システムは深海炉、宇宙炉、及び地上炉である。・作動流体としては1次系でNak,Na,Pb,Hg,Liを2次系でHeとXeの混合ガス(混合比は任意)を扱うことができ適用範囲が広い。・システムに含まれる機器のモデル化については、将来の詳細化が容易なるように、また過渡解析コード作成が容易なように配慮されている。・プログラム言語はMAC-FORTRANで、パソコンにより容易に計算可能である。本解析コードの作成により、システムに含まれる密閉ブレイトンサイクルの状態値が直ちに計算可能となると共に、サイクル熱効率に係わる数多くのパラメータの影響の把握及び最適化計算が可能となった。今後各種機器のモデルをより詳細化するとともに、更に将来においては、本解析コードをベースとして、過渡解析コードを作成する予定である。
大坪 章
PNC TN9000 94-006, 60 Pages, 1994/07
深海底無人基地での利用を主な目的とした深海炉を開発する際の、目標とすべき深海炉主要目につき検討し、次のように設定した。熱出力 190kWt、燃料 混合窒化物燃料、被覆管 ハステロイN、構造材 SUS316相当、冷却材 NaK、炉心高さ及び直径 各約25cm、炉容器出口/入口温度 605/505度C、運転期間 10年。 深海炉を研究する際に検討すべき項目に関して以下のような考察を行った。 深海底無人基地への陸上あるいは船上からの送電については次のようである。1・陸上からの送電方式については水深1,000m、距離100km が限度である。2・船上からの送電は、海が平穏な期間のみ可能である。したがって、水深数千mの深海底無人基地の電源としては、これらの方式は採用され得ない。深海炉システムの信頼性については、密閉プレイトンサイクルの部分のみに関して信頼性解析をしたが、20kWeの電気出力で4年間の連続運転の場合の成功確率は0.999942となった。安全性については深海炉システムに内蔵される放射能量で評価した。すなわち、その結果、10年間連続運転した時に深海炉に含まれる放射能量は、かつて1962年から1982年に北大西洋に投棄された放射能量の約1/50,000という少ない値であることが明らかになった。NaK冷却炉の開発実績では、約30年前に米国の米国宇宙炉研究でSNAP-10A用の地上試験炉FS-3は炉容器出口温度が約527度C以上で約400日運転されたが、原子炉にも燃料にも何も異常が無かったと報告されている。
