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論文

Pyroelectric power generation from the waste heat of automotive exhaust gas

Kim, J.*; 山中 暁*; 村山 一郎*; 加藤 孝典*; 坂本 友和*; 川崎 卓郎; 福田 竜生; 関野 徹*; 中山 忠親*; 武田 雅敏*; et al.

Sustainable Energy & Fuels (Internet), 4(3), p.1143 - 1149, 2020/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:17.34(Chemistry, Physical)

Waste heat is a potentially exploitable energy source but remains a problem awaiting a solution. To explore solutions for automobile applications, we investigate pyroelectric power generation from the temperature variation of exhaust gas using a novel electro-thermodynamic cycle. Niobium-doped lead zirconate titanate stannate (PNZST) ceramics were applied as pyroelectric materials, and their structural characteristics were investigated. In the driving cycle assessments (JC-08) using real exhaust gas, the maximum power generated was identified as 143.9 mW cm$$^{-3}$$ (777.3 J L$$^{-1}$$ per 1 cycle) over a temperature range of 150-220 $$^{circ}$$C and an electric field of 13 kV cm-1. The net mean generating power of the total driving cycle was 40.8 mW cm$$^{-3}$$, which is the most enhanced result in our power generating systems to date and 314 times greater than our first report. Materials with sharp transition behaviors with the temperature and electric field are worthy of study with regard to pyroelectric energy harvesting materials, and their corresponding crystal and domain structures were investigated to optimize performance.

報告書

もんじゅの1次系配管支持構造物の割ピン欠損に係る原因調査

市川 正一; 川名子 翔; 西尾 竜一; 脇本 文次; 藤村 智史; 小林 孝典; 坂本 勉

JAEA-Review 2015-009, 210 Pages, 2015/07

JAEA-Review-2015-009-01.pdf:60.82MB
JAEA-Review-2015-009-02.pdf:63.6MB
JAEA-Review-2015-009-03.pdf:66.2MB
JAEA-Review-2015-009-04.pdf:62.99MB

平成26年5月に実施した高速増殖原型炉もんじゅの配管支持構造物の点検において、4機の配管支持構造物に接合ピンの抜け止め用割ピンの欠損が確認された。ロッドレストレイントの1機及びコンスタントハンガの1機に関しては割ピンが脱落しており、メカニカル防振器の2機に関しては割ピンが両端とも折損していた。本事象の原因調査の結果、折損した割ピンの破面にディンプルパターンが確認されたことから、破壊形態は延性破壊であることが分かった。外力を接合ピンに負荷することによる割ピンの破断に関する再現試験でも同様の破面形態が得られた。その他の原因究明調査結果も含め、総合的に判断して、接合ピン軸方向に外力が負荷され、割ピンにせん断応力が働き、折損したと考えられる。本報では、本事象に係る原因調査の内容、結果及び再発防止対策を報告するものである。

論文

Design study for reactor system of fast reactor JSFR; Concept of reactor system

川崎 信史; 阪本 善彦; 衛藤 将生*; 谷口 善洋*; 神島 吉郎*

Proceedings of 2015 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2015) (CD-ROM), p.760 - 769, 2015/05

現在、日本では、次世代型ナトリウム冷却炉として、JSFRの概念検討を実施している。JSFRの原子炉構造の特徴は、原子炉容器径の過大な増大を避けたコンパクトな原子炉構造を構造及び流動健全性の確保とともに実現化した点にある。JSFRでは、容器径の増加防止のために、新型燃料交換機を単回転プラグとともに採用した。新型燃料交換機は、パンタグラフタイプのアームを有する燃料交換機であり、本燃料交換機をコラム型のUIS(炉上部機構)とともに採用することで、炉出力増加に伴う原子炉容器径の拡大を防止している。構造及び流動健全性の確保は、トップエントリ概念、ナトリウムダム、フローガイド構造などにより達成した。また、コラム型のUISも耐震剛性を有するように設計しており、これらの設計概念を紹介している。

論文

Selection of sodium coolant for fast reactors in the US, France and Japan

阪本 善彦; Garnier, J.-C.*; Rouault, J.*; Grandy, C.*; Fanning, T.*; Hill, R.*; 近澤 佳隆; 小竹 庄司*

Nuclear Engineering and Design, 254, p.194 - 217, 2013/01

 被引用回数:9 パーセンタイル:37.16(Nuclear Science & Technology)

日米仏の三国で高速炉は持続可能な核エネルギー供給、高レベル廃棄物処理の観点から不可欠であることを確認した。高速炉の冷却材の比較評価を行い、最終的に三国一致してナトリウムが最も有望であることを確認した。

論文

Development of a resonant laser ionization gas cell for high-energy, short-lived nuclei

園田 哲*; 和田 道治*; 富田 英生*; 坂本 知佳*; 高塚 卓旦*; 古川 武*; 飯村 秀紀; 伊藤 由太*; 久保 敏幸*; 松尾 由賀利*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 295, p.1 - 10, 2013/01

 被引用回数:19 パーセンタイル:11.4(Instruments & Instrumentation)

ガスセル中でのレーザー共鳴イオン化を用いた新しいタイプのイオン源を開発した。このイオン源は、ガスセル中に入射した放射性核種の原子を、レーザーでイオン化して、オンラインで質量分離するためのものである。このイオン源の特長は、ガスセルからイオンを引き出す出口に六極イオンガイドを付けて差動排気することにより、同位体分離装置を高真空に保ちながらガスセルの出口径を大きくした点にある。これによって、ガス中でイオン化されたイオンの引出し時間が短くなり、より短寿命の放射性核種の分離が可能となった。このイオン源は、理化学研究所の放射性イオンビーム施設(RIBF)で使用される予定である。

論文

Conceptual design study for the demonstration reactor of JSFR, 4; Structural design of reactor vessel

川崎 信史; 岡村 茂樹*; 澤 直樹*; 阪本 善彦; 根岸 和生

Proceedings of 19th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-19) (CD-ROM), 7 Pages, 2011/10

JSFRはコンパクト化されたホットベッセル概念を原子炉システムに対し採用している。ホットベッセル概念の構造設計において重要となるのは、耐震設計と耐熱設計を両立させることである。本研究では、新潟県中越沖地震を考慮したうえで、国内共通地震条件を設定し、耐震設計を行った。座屈評価裕度の観点から、750MWeと500Mwe両原子炉プラントの原子炉容器肉厚が50mmと設定された。結果として座屈評価裕度は、2.4以上を確保できている。座屈評価裕度の観点からは、750MWeと500Mweという電気出力の差は無視しうる。肉厚50mmの条件で、耐熱設計を実施した。2.2日,3.2日,4.3日起動の3条件が起動条件として選定され、熱ラチェット評価とクリープ疲労評価が実施された。これらの評価を満足させるためには、3.2日以上の起動日数が必要なことがわかった。発生熱応力の大きさはほぼ等しいため、750MWeと500Mweという電気出力の差は、耐熱設計の観点からも無視しうる。

論文

Advanced design of high-intensity beam transport line in J-PARC

坂元 眞一; 明午 伸一郎; 藤森 寛*; 原田 正英; 今野 力; 春日井 好己; 甲斐 哲也; 三宅 康博*; 池田 裕二郎

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 562(2), p.638 - 641, 2006/06

 被引用回数:8 パーセンタイル:46.33(Instruments & Instrumentation)

大強度陽子加速器施設(J-PARC)の物質・生命科学実験施設は、強力なプローブとして中性子ビームやミューオンビームを提供する実験施設である。それらの2次ビームは、3GeV陽子ビーム輸送ライン(3NBT)を通して供給される大強度陽子ビームにより生成される。大きなエミッタンスを持つ陽子ビームを非常に低いビーム損失率で輸送するために、ビーム光学やそれを実現する機器の設計を実施した。一方で、3NBTには大きなビームロスがある中間標的も設置される。この串刺し標的方式の実現のために、強い放射線で引き起こされるさまざまな問題の対策を考案し設計に反映した。

報告書

大強度陽子加速器施設(J-PARC)3GeV陽子ビーム輸送施設(3NBT)技術設計書

坂元 眞一; 明午 伸一郎; 今野 力; 甲斐 哲也; 春日井 好己; 原田 正英; 藤森 寛*; 金子 直勝*; 武藤 豪*; 小野 武博*; et al.

JAERI-Tech 2004-020, 332 Pages, 2004/03

JAERI-Tech-2004-020.pdf:17.93MB

日本原子力研究所と高エネルギー加速器研究機構が共同で建設する大強度陽子加速器施設(J-PARC)には、中性子ビーム及びミューオンビームを用いて、おもに物質科学,生命科学の研究が繰り広げられる物質・生命科学実験施設が建設される。この実験施設では、3GeVシンクロトロンで加速された大強度陽子ビームにより、中性子,ミューオンを生成する。3GeVシンクロトロンから物質・生命科学実験施設までの陽子ビームを効率よく輸送し、中性子生成標的,ミューオン標的へ的確にビーム照射を行う陽子ビーム輸送施設(3NBT)の設計全体をまとめる。

論文

Propulsive Impulse Measurement of a Microwave-Boosted Vehicle in the Atmosphere

中川 樹生*; 三原 与周*; 小紫 公也*; 高橋 幸司; 坂本 慶司; 今井 剛

Journal of Spacecraft and Rockets, 41(1), p.151 - 153, 2004/02

 被引用回数:36 パーセンタイル:10.49(Engineering, Aerospace)

マイクロ波推進機のモデルを製作し、110GHzジャイロトロンから出力される110GHz, 1MWのマイクロ波を用いて打ち上げ実験を行い、打ち上げ時の力積を測定した。マイクロ波(RF)を推進機のパラボラ形状のノズルに入射すると、フォーカス点付近でプラズマが生成、そしてマイクロ波により加熱される。その時、衝撃波が発生し、その衝撃力により推進機を押し上げるというのが打ち上げのメカニズムである。今回の実験における衝撃力の打ち上げエネルギーへの結合係数は395N/MWで、これはレーザー推進機と同レベルである。実験でのRFのパルス幅は0.175msecで、今のところ結合係数はそのパルス幅の長さで制限されており、パルス幅をより短くすることで、結合係数が増加する可能性がある。

論文

マイクロ波推進機の基礎実験

松井 信*; 三原 与周*; 中川 樹生*; 森 浩一*; 小紫 公也*; 高橋 幸司; 坂本 慶司; 今井 剛

宇宙輸送シンポジウム(平成14年度)講演集, p.300 - 303, 2003/00

100GHz帯1MW級マイクロ波を用いたパルス型マイクロ波推進機の運動量結合係数Cmをロードセル測定、及びフライト試験により測定した。ロードセル測定,フライト試験ではそれぞれ最大でCm=28, 130N/MWが得られた。この違いはプラズマ着火過程,周波数の違いによるものだと考えられ、パルス幅,推進機形状を改良することでさらに高いCmが得られると考えられる。

報告書

大強度陽子加速器計画物質・生命科学実験施設内の陽子ビームライントンネル技術課題の検討

坂元 眞一; 明午 伸一郎; 今野 力; 原田 正英; 三宅 康博*; 春日井 好己; 武藤 豪*; 藤森 寛*; 小野 武博; 池田 裕二郎

JAERI-Tech 2001-075, 168 Pages, 2001/12

JAERI-Tech-2001-075.pdf:12.78MB

大強度陽子加速器計画の中で重要な施設である物質・生命科学実験施設に共存するミュオンターゲットと核破砕中性子源の設計では、いかに上流に置かれるミュオン標的で生ずるビームロスによる影響を低減できるかが課題である。本レポートは、1年間かけて検討してきた技術課題の定量評価とその対応の仕方について得られた結果をまとめたものである。

論文

A Study on 3-GeV proton beam transport line for JSNS

明午 伸一郎; 原田 正英; 今野 力; 池田 裕二郎; 渡辺 昇; 坂元 眞一*; 武藤 豪*; 三宅 康宏*; 西山 樟生*; 下村 浩一郎*; et al.

JAERI-Conf 2001-002, p.314 - 324, 2001/03

原研・KEK大強度加速器統合計画における中性子散乱実験値施設における3GeV陽子ビーム輸送ラインについて検討を行った。これらのターゲットの配置案では、一つのビームを有効的に共有できる「串刺しターゲット」になっている。3GeV陽子ビームは、中間子実験用の炭素標的を通過した後に水素ターゲットに入射する。ビームオプティクス及びピームスピルの計算は、TRANSPORT及びDECAY-TURTLEコードを用いて行った。TRANSPORTコードを用いて、ビームライン構造について検討を行い、全長70mの候補とするビームラインを得た。さらにDECAY-TURTLEを用いて、上記のビームラインにおける、ビーム形状及びビームスピルの計算を行った。この結果ビームスピルは目標とする10%以下にできることがわかった。また、中性子ターゲットにおけるビーム形状も目標とする横13cm,縦5cmの一様にできることがわかった。

口頭

JSFR実用炉の概念設計,4; 原子炉構造

衛藤 将生*; 神島 吉郎*; 岡村 茂樹*; 根岸 和生*; 阪本 善彦; 川崎 信史

no journal, , 

JSFRの原子炉構造では、設備合理化等を狙って、切込みUIS+単回転プラグ式燃料交換方式及びホットベッセル方式を取り入れコンパクト化した原子炉構造を検討している。本構造概念に関して流動適正化検討,耐震性検討,耐熱性検討等により成立性見通しを確認し、技術の採否評価結果について報告する。

口頭

高速増殖実証炉に向けたプラント概念検討,2; 原子炉構造設計

根岸 和生; 川崎 信史; 阪本 善彦; 小竹 庄司; 岡村 茂樹*; 神島 吉郎*

no journal, , 

高速増殖実証炉(JSFR)の原子炉構造設計及び建屋・配置設計の検討状況について報告する。

口頭

中性子ドシメトリに向けたガスジェットレーザー共鳴イオン化質量分析法に基づく$$^{rm 93m}$$Nb微量分析法の開発,1; チタンサファイアレーザーを用いたNb共鳴イオン化実験

坂本 知佳*; 高塚 卓旦*; Sonnenchein, V.*; 富田 英生*; 園田 哲*; 三田 浩希*; 能任 琢真*; 足立 義貴*; 伊藤 主税; 前田 茂貴; et al.

no journal, , 

原子炉安全性評価のための高速中性子の長期化積算線量評価に有用な$$^{rm 93m}$$Nbと$$^{93}$$Nbの存在比測定に向けた核異性体選択的共鳴イオン化質量分析法の開発に向けて、チタンサファイアレーザーを用いた真空中でのNb共鳴イオン化実験を行った。中性子ドシメトリのための$$^{rm 93m}$$Nb微量分析に対し、注入同期Ti:Saレーザーを用いたRIMSを行うことを念頭に、Ti:Saレーザーを用いてNb共鳴イオン化を試みた結果、Nbの真空中共鳴イオン化を確認した。さらにTi:Saレーザーのスペクトル線幅を抑制した場合では、超微細分裂によるピークのゆがみも確認された。今後は二色二段のイオン化スキームを用いた共鳴イオン化実証実験を行う予定である。

口頭

FBR実証施設免震装置の検討,1; 免震概念の検討

阪本 善彦; 深沢 剛司*; 川崎 信史; 岡村 茂樹*

no journal, , 

FBR実証施設として設計検討が進められているナトリウム冷却型高速炉(JSFR)では、主要機器への地震力低減の観点から、高速炉の特徴を考慮した免震システムを採用している。東北地方太平洋沖地震以降、設計地震動の見直しを行い、これまで以上に厳しい地震条件において耐震性を確保するだけでなく、安全設計ガイドラインの構築及び安全性向上の目的で、津波等の様々な外的事象に関する対応策を検討している。本報告では、設計地震動並びにその他の外的事象に対応する免震概念及び免震概念実現に向けた課題等を紹介する。

口頭

FBR実証施設原子炉構造の検討,1; 設計概念の検討

川崎 信史; 阪本 善彦; 衛藤 将生*; 谷口 善洋*; 神島 吉郎*

no journal, , 

現在設計検討中の高速増殖炉実証施設(JSFR)で採用されている原子炉構造の設計概念を紹介するとともに、当概念を成立させるための主要設計課題の検討状況を紹介する。

口頭

FBR実証施設原子炉構造の検討,2; 切込み付コラム型UISの耐震性確保

衛藤 将生*; 神島 吉郎*; 川崎 信史; 阪本 善彦; 能井 宏弥*

no journal, , 

FBR実証施設では、原子炉容器径の削減のため、切込み付コラム型炉心上部機構(UIS)を採用している。UISの振動モードを考慮した耐震性向上策を検討し、振動解析により耐震性向上効果を確認した。

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