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報告書

高速炉サイクル実用化に向けた工学規模のMOX燃料製造技術開発試験結果,1; 焼結ペレットのO/M比調整試験

高藤 清人; 村上 龍敏; 鈴木 紀一; 柴沼 公和; 畑中 延浩; 山口 文吾; 飛田 良正; 篠崎 雄; 飯村 直人; 沖田 高敏; et al.

JAEA-Technology 2013-026, 42 Pages, 2013/10

JAEA-Technology-2013-026.pdf:3.17MB

高速炉実用化燃料は、高燃焼度化に対応する目的で、燃料ペレットのO/M比の仕様が1.95と、「もんじゅ」燃料仕様の1.98よりも低く設計されている。このような低O/M比の燃料ペレットの製造試験として、還元メカニズムの異なる二種類のO/M比調整試験を行った。1つ目の試験では、焼結ペレットを熱処理することでO/M比を低く調整する技術について評価した。もう一方の試験では、炭素を多量に含むペレットを焼結すると、残留炭素の還元反応によりO/M比が低下するという知見から、多量の有機添加剤を含むペレットを焼結し、残留炭素の還元反応によりO/M比を低く調整する技術について評価した。1つ目の試験の結果、O/M比の低下が見られたが、低下量は小さく、O/M比1.95に調整するには長時間の熱処理が必要と推測された。これは、熱処理中にペレットから放出される酸素を含むガスが焼結皿間に滞留し、このガスの酸素ポテンシャルと平衡となるようにO/M比が変化するためと考える。もう一方の試験の結果、残留炭素の還元反応によるO/M比の低下が確認された。また、O/M比を効果的に下げるには、焼結炉内の雰囲気ガスの酸素ポテンシャルを低く管理することが重要であることがわかった。

論文

Performance of a remotely located muon radiography system to identify the inner structure of a nuclear plant

藤井 啓文*; 原 和彦*; 橋本 就吾*; 伊藤 史哲*; 角野 秀一*; Kim, S.*; 河内山 真美; 永嶺 謙忠*; 鈴木 厚人*; 高田 義久*; et al.

Progress of Theoretical and Experimental Physics (Internet), 2013(7), p.073C01_1 - 073C01_20, 2013/07

 被引用回数:21 パーセンタイル:75.95(Physics, Multidisciplinary)

The performance of a muon radiography system designed to image the inner structure of a nuclear plant located at a distance of 64 m is evaluated. We conclude that there is an absence of fuel in the pressure vessel during the measurement period and profile the fuel material placed in the storage pool. The obtained data also demonstrate the sensitivity of the system to water-level changes in the reactor well and the dryer-separator pool. It is expected that the system could easily reconstruct a 2 m cubic fuel object. By operating multiple systems, typically four identical systems, viewing the reactor form different directions simultaneously, detection of a 1 m cubic object should be achievable within a period of a few months.

論文

Preparation of low O/M MOX pellets for fast reactors using carbothermic reduction

村上 龍敏; 加藤 正人; 鈴木 紀一; 宇野 弘樹*

Proceedings of 2010 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '10) (CD-ROM), p.1859 - 1865, 2010/06

約3000ppmの炭素を含む脱脂後ペレットについて、焼結中、熱天秤と熱膨張計による測定を行い、焼結挙動を評価した。試験パラメータは、焼結雰囲気の水素/水分比とした。焼結雰囲気中の水素/水分比を減少させることに伴い、ペレットの到達O/Mと収縮率が増加した。この結果から、焼結雰囲気中の水素/水分比が高い場合には、炭素の熱還元反応によりO/M比が大幅に減少し、反面、焼結雰囲気中の水素/水分比がより低い場合には、雰囲気中の酸素ポテンシャルが高く保たれ、O/M比の低下が抑制されたものと考えられる。

論文

Application of laser-accelerated protons to the demonstration of DNA double-strand breaks in human cancer cells

余語 覚文; 佐藤 克俊; 錦野 将元; 森 道昭; 手島 昭樹*; 沼崎 穂高*; 村上 昌雄*; 出水 祐介*; 赤城 卓*; 永山 伸一*; et al.

Applied Physics Letters, 94(18), p.181502_1 - 181502_3, 2009/05

 被引用回数:95 パーセンタイル:94.5(Physics, Applied)

We report the demonstrated irradiation effect of laser-accelerated protons on human cancer cells. ${it In-vitro}$ (living) A549 cells are irradiated with quasi-monoenergetic proton bunches of 0.8-2.4 MeV with a single bunch duration of 15 ns. Irradiation with the proton dose of 20 Gy results in a distinct formation of $$gamma$$-H2AX foci as an indicator of DNA double-strand breaks generated in the cancer cells. This is a pioneering result in view of future investigations on the radiobiological effects of laser-driven ion beams. Unique high-current and short-bunch features make laser-driven proton bunches an excitation source for time-resolved determination of radical yields.

報告書

FBR用低密度MOX燃料ペレットの製造条件確認試験

村上 龍敏; 鈴木 紀一; 畑中 延浩; 塙 幸雄; 篠崎 雄; 村上 真一; 飛田 良正; 川崎 猛; 小林 良仁; 飯村 直人; et al.

JAEA-Technology 2008-017, 97 Pages, 2008/03

JAEA-Technology-2008-017.pdf:2.76MB

「もんじゅ」用低密度MOX燃料ペレットについては、平成7年度に実施した「もんじゅ」一次取替燃料の製造以降、約9年間製造されていない。この間、プルトニウム燃料第三開発室の主要工程設備の約6割が新設又は更新されるとともに、原料である混合転換粉のAm-241の蓄積が進み、発熱量が増加している。さらに、原料の一つである乾式回収粉末についても、設備の更新によりその粉末特性が大きく変化している。以上を踏まえ、次期「もんじゅ」用低密度MOX燃料ペレット製造を円滑に実施するため、平成16年10月から平成18年8月の間、従来に比べAm-241が蓄積した原料及び粉末特性の大きく変化した乾式回収粉を用いて、低密度MOXペレットの製造条件確認試験を実施した。本報告は、この試験結果をまとめたものである。試験の結果、従来に比べAm-241が蓄積した原料を用いても、製造条件を適切に管理することにより、一次取替燃料製造時と同程度の収率で低密度MOX燃料ペレットが製造可能であることを確認した。

論文

Study on characteristics of recycled MOX powder suitable for low density pellet fabrication

村上 龍敏; 鈴木 紀一; 青野 茂典

Proceedings of International Conference on Advanced Nuclear Fuel Cycles and Systems (Global 2007) (CD-ROM), p.891 - 896, 2007/09

低密度ペレット燃料の製造では、燃料製造の過程でポアフォーマと呼ばれる有機物を原料粉末に添加し、ペレット内に気孔(ポア)を設けることで低密度化を実現しているが、ポアフォーマは、原料粉末に比べ密度が非常に低いため燃料製造の過程で偏在し、焼結ペレット密度のばらつきを生じる原因となるので、ポアフォーマ添加率は可能な限り低くして低密度化することが望ましい。一方、ペレット製造では、工程内で発生した不合格ペレットなどを粉砕し、粉末として再利用する(「乾式回収粉末」という。)が、粒の粗い乾式回収粉末を原料に用いると乾式回収粉末がポアフォーマの役割を担い、結果、ペレットの焼結密度が低下することがこれまでの実績からわかっている。このため、本試験では、乾式回収粉末の製造条件(ペレットの粉砕条件)を変動させて数種類の乾式回収粉末を製造し、このうち低密度ペレットの製造に最も適すると考えられる乾式回収粉末を用いてペレット製造試験を行い、低密度ペレット製造への適用性を評価した。

論文

Optimization of JK2LB chemical composition for ITER central solenoid conduit material

濱田 一弥; 中嶋 秀夫; 河野 勝己; 高野 克敏; 堤 史明; 奥野 清; 鈴木 富男; 藤綱 宣之*

Cryogenics, 47(3), p.174 - 182, 2007/03

 被引用回数:27 パーセンタイル:71.15(Thermodynamics)

原子力機構が神戸製鋼所と共同で開発した低温構造材料JK2($$^{22}$$Mn-$$^{13}$$Cr-$$^{9}$$Ni-$$^{1}$$Mo-$$^{0.24}$$N)鋼は、強度及び熱収縮の点で、国際熱核融合実験炉(ITER)の中心ソレノイド(CS)導体用コンジット材候補として期待されている。しかしながらJK2は超伝導生成熱処理(時効処理)を前提としない構造材料として開発され、高炭素,高窒素化による高強度化が図られている。そのため、時効処理を施した場合、靱性が劣化すること,熱間圧延や鍛造工程において割れが生じるなどの製造性に課題があった。筆者らは、これらの問題を解決する一つのアイディアとして、ホウ素を添加すること及び炭素含有量を低下させることによる特性の改善を進めてきた。その結果、低炭素・ホウ素添加JK2(JK2LB)を開発した。今回、ITERの機械的特性仕様を満たす化学成分の範囲を特定するために、化学成分を変化させたJK2LBサンプルを製作し、4Kでの機械特性を調査した。その結果、JK2LBの最適化学成分として、ホウ素:10-40ppm,炭素:0.03%以下,窒素:0.17-0.23%を見いだした。また、実機応用への足がかりとして、JK2LBが疲労亀裂進展特性の面からもCSへの適用が可能であることを示した。

論文

ITER中心ソレノイド用コンジット材料JK2LBの成分最適化

濱田 一弥; 中嶋 秀夫; 河野 勝己; 高野 克敏; 堤 史明; 奥野 清; 鈴木 富男; 藤綱 宣之*

低温工学, 41(3), p.131 - 138, 2006/03

日本原子力研究開発機構(原子力機構)が神戸製鋼所と共同で開発した低温構造材料JK2(22Mn- 13Cr- 9Ni- 1Mo- 0.24N)鋼は強度,熱収縮率及び疲労特性の観点で、国際熱核融合実験炉(ITER)の中心ソレノイド(CS)導体用ジャケット材候補として期待されている。しかしながら、JK2は超伝導生成熱処理(時効)を前提としない構造材料として開発され、高炭素,高窒素化による高強度化が図られている。そのため、時効処理を施した場合、靱性が劣化すること,熱間圧延や鍛造工程において割れが生じるなど、製造性に課題があった。筆者らは、これらの問題を解決する一つのアイディアとして、ホウ素を添加すること及び炭素含有量を低下させることによる特性の改善を進めてきた。今回、ITERでは仕様内での成分のバラツキを考慮する必要があり、化学成分を変化させたサンプルを製作し、4Kでの機械特性を調査した。その結果、JK2LBの最適化学成分として、ホウ素:10-40ppm,炭素:0.03%以下,窒素:0.17-0.23%を見いだした。また、実機応用への足がかりとして、JK2LBの疲労亀裂進展速度の測定結果をもとに疲労寿命を評価し、CSへの適用が可能であることを示した。

報告書

JRR-3冷中性子源装置(CNS)の運転・管理

鈴木 正年; 羽沢 知也; 石崎 洋一*; 小原 道士*; 稲田 勝利*; 米川 光則*; 脇田 広志*

JAERI-Tech 2004-060, 153 Pages, 2004/09

JAERI-Tech-2004-060.pdf:9.78MB

JRR-3冷中性子源装置(以下「CNS」という)は、研究用原子炉JRR-3の改造計画に伴って、利用性能向上の目的から設置された。原子炉で発生する中性子を冷中性子に変換する方法として熱中性子の中にわずかに含まれている冷中性子を、フィルターを用いて選別,発生させる方法と、熱中性子を極低温の減速材中に通し、冷中性子に変換する方法とがある。CNSとしては、一般的に後者が採用されていて、極低温の減速材としてその多くが液体水素を用いるため、冷凍設備と組合された装置となっている。JRR-3のCNSも液体水素を冷減速材として採用している。CNSによって得られた冷中性子は、原子炉から中性子導管を介して中性子ビーム実験孔へと導き出され、中性子散乱のような中性子物理実験に使用されたり、物質内における原子や分子の動きを観測して、生体高分子などの動的挙動を調べる研究手段として利用されている。本記録は、1989年の運転開始から2004年3月まで、JRR-3の共同利用運転にあわせて実施したCNSの運転実績と主な技術的事項をまとめたものである。

報告書

ナトリウム冷却FBR用熱電発電システムに関する研究; 熱電素子およびシステム化技術の開発に関する研究

鈴木 亮輔*; 田邊 健太郎*; 近藤 恒幾*; 小野 勝敏*; 戸田 信一; 笠川 勇介; 玉山 清志; 桶谷 和浩*

JNC TY4400 2003-004, 214 Pages, 2003/08

JNC-TY4400-2003-004.pdf:19.93MB

既存の原子力発電所から排出される未利用の熱エネルギーを再利用することは、近年の環境負荷低減やプラント高効率化の観点から重要になってきている。特に、高温システムの代表例であるナトリウム冷却FBRでは避けて通れない課題であることは間違いない。熱電発電システムは、これまで宇宙、軍事等の特殊用途において実用化され、その信頼性、保守性等に実績を持ち、最近では一般産業においても省エネの観点から見直されてきている。本研究では、熱電発電システムをナトリウム冷却FBRに適用して排熱回収する場合の技術的可能性について見直すことを目的としている。すなわち、基礎となる熱電変換素子の開発、モジュール化技術の開発並びに基礎実験装置と小型試験装置による確認実験を行い、モジュール熱電変換効率の評価さらにはシステム熱電変換効率評価のための基礎資料とする。

論文

Plasma coupling test of RF heating system in JT-60

上原 和也; 池田 佳隆; 三枝 幹雄; 坂本 慶司; 藤井 常幸; 前原 直; 恒岡 まさき; 関 正美; 森山 伸一; 小林 則幸*; et al.

Fusion Engineering and Design, 19(1), p.29 - 40, 1992/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:17.73(Nuclear Science & Technology)

JT-60RF加熱装置のプラズマとの結合試験の様子が述べられている。RF加熱装置は2GHz帯と120MHz帯の高周波加熱装置で合計30MWがJT-60に入射される。全システムは、全系制御システムとリンクしたミニコンピューターで自動的に制御され、RFパワーと位相差があらかじめセットされたプレプログラムに従って、制御される。プラントデーターは装置の状況と把握するのに用いられ、RF入射中に集計、記録できるようになっている。両方の周波数帯の高周波が単独にあるいは中性粒子ビーム(NBI)入射中と連携で入射することが可能で、JT-60の追加熱実験に十分な性能を有することが示された。

口頭

低密度ペレット製造に適した乾式回収粉末について

村上 龍敏; 鈴木 紀一; 青野 茂典

no journal, , 

乾式回収粉末の製造条件を変動させて数種類の乾式回収粉末を製造し、このうち低密度MOXペレットの製造に最も適すると考えられる乾式回収粉末を用いてペレット製造試験を行い、低密度ペレット製造への適用性を評価した。

口頭

低密度ペレットの焼きしまり特性について

鈴木 紀一; 村上 龍敏; 青野 茂典

no journal, , 

低密度ペレットに存在する気孔は、高密度ペレットのものに比べ、より大きく安定して存在すると思われる。このため、本試験では、密度降下剤の有無及び乾式回収粉末の粗さをパラメータとしてペレット断面の気孔分布を測定し、低密度ペレットの焼きしまり特性(気孔の収縮特性)を調べた。

口頭

炭素を含むMOXペレットの焼結挙動について

村上 龍敏; 加藤 正人; 鈴木 紀一; 宇野 弘樹*

no journal, , 

約3000ppmの炭素を含むMOXペレットについて、焼結雰囲気中の水素分圧と水分圧の比(PH$$_{2}$$/PH$$_{2}$$O)をパラメーターに焼結し、焼結中の重量変化及び収縮挙動を測定した。その結果、PH$$_{2}$$/PH$$_{2}$$O比の増加に伴い、収縮速度の低下及び重量減少の増加が見られた。

口頭

高発熱MOX粉末の冷却ホッパーの開発

村上 龍敏; 柴沼 公和; 塙 幸雄; 八巻 孝雄; 鈴木 満; 青野 茂典

no journal, , 

有機添加剤を含むMOX粉末を装荷する粉末ホッパーは、有機添加剤の熱劣化を防止するため冷却機能を有するが、将来のプルトニウムの高次化(高発熱化)までは対応できていない。このため、将来の高発熱化に対応した粉末ホッパーを開発するべく、事前試験として粉末ホッパー内のMOX粉末の温度測定を行った。

口頭

機械混合法により調製したMOX粉末の焼結特性

鈴木 紀一; 武内 健太郎; 村上 龍敏; 加藤 正人; 宇野 弘樹*; 砂押 剛雄*

no journal, , 

機械混合法によりPu富化度25%に調製したMOX粉末を用いて、焼結雰囲気の水素水分比がペレット中のPu, U均質性に及ぼす影響を調べた。この結果、水素/水分比が低いほど、均質なペレットが得られることを確認した。

口頭

高速炉用MOX燃料製造における乾式回収粉末の造粒後添加について

村上 龍敏; 鈴木 紀一; 柴沼 公和; 青野 茂典

no journal, , 

原子力機構(JAEA)で採用している高速炉用MOX燃料製造法(JAEA法)においては、製造中に発生する規格外ペレット等は乾式回収後、原料粉末の一部として再利用している。今回、次世代のMOX燃料製造において、造粒後のMOX粉末に乾式回収粉末を添加,混合し再利用することを想定し、焼結ペレットの品質への影響を評価した。

口頭

量産規模のMOX焼結ペレットのO/M調整について

鈴木 紀一; 村上 龍敏; 青野 茂典; 畑中 延浩; 高野 龍雄

no journal, , 

O/M比が1.98から2.00の焼結MOXペレットを18段重ねのMo製の焼結皿に装荷し、工学規模のバッチ式焼結炉で熱処理しO/M比の低下量を測定した。熱処理時の雰囲気ガスは、水分含有率約10ppmの95%Ar-5%H$$_{2}$$とした。ペレットの装荷量を約10kgMOXとして熱処理した結果、熱処理温度が高く、熱処理時間が長いほどO/M比が下がる傾向が見られたが、O/M比の低下速度は小規模試験に比べて緩やかで、O/M比を1.97以下とするためには相当な時間を要すると予想される。当初、この原因はペレットの装荷量の違いによるものと思われたが、ペレットの装荷量を小規模試験と同等の約40gMOXまで減らしても、O/M比の低下速度に改善は見られなかった。工学規模設備のバッチ式焼結炉内の雰囲気ガスの流れを解析したところ、雰囲気ガスの大部分は焼結皿の周囲を流れており、ペレットが積載されている焼結皿の隙間にはほとんど入り込んでいないことがわかった。以上から、工学規模試験でO/M比の低下速度が緩やかであった原因は、ペレット装荷量ではなく、ペレットへの雰囲気ガスあたりの影響と考えられる。

口頭

高速炉サイクル実用化に向けた工学規模のMOX燃料製造技術開発試験,2; 中空ペレットの製造試験

村上 龍敏; 柴沼 公和; 山口 文吾; 高藤 清人; 鈴木 紀一; 青野 茂典

no journal, , 

高速炉用MOXペレットの燃料仕様は、低密度中実から高密度中空に移行する計画であり、その製造方法についても抜本的な簡略化を図った"簡素化ペレット法"の開発が進められている。しかし、"簡素化ペレット法"の実用化には、新しいコンセプトの燃料製造設備の開発・導入が必要であり、コストや導入までの期間を考慮すると、当面は、既存の燃料製造工程で高密度中空ペレットの量産に対応する必要がある。現在、高速増殖炉「もんじゅ」の燃料製造工程は、密度降下剤を用いる低密度ペレットの製造に対応するために複雑化しているが、燃料仕様が高密度化することで密度降下剤に由来する燃料製造上の問題がなくなるため、その合理化を図れる可能性がある。このような背景から、既存工程における高密度中空ペレットの製造条件の最適化について検討する。

口頭

高速炉サイクル実用化に向けた工学規模のMOX燃料製造技術開発試験,1; 簡素化ペレット法にかかわるダイ潤滑成型試験

高藤 清人; 柴沼 公和; 鈴木 紀一; 村上 龍敏; 青野 茂典

no journal, , 

将来の高速炉用MOXペレットの製造方法として実用化を目指している簡素化ペレット法は、脱硝・転換・造粒一元化処理技術、ダイ潤滑成型技術及び焼結工程でのO/M調製技術等の要素技術で構成されている。このうち、ダイ潤滑成型技術は、潤滑剤をペレットの成型金型の内面に直接塗布し、成型する技術であり、これにより潤滑剤混合工程、脱脂工程等を削除することができる。本報告では、工学規模(約40kgMOX/バッチ)でダイ潤滑成型によるMOXペレット製造試験を実施し、運転条件の検討、連続成型の可否及びペレット品質への影響評価を行った。潤滑剤供給量を2mgとし、低密度中実及び高密度中空のペレットを連続成型し、焼結した。この結果、低密度中実及び高密度中空ペレットの密度、外観等に問題がないことを確認し、ダイ潤滑成型による工学規模でのMOXペレット製造が可能なことが確認できた。

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