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論文

Preventing nuclear fuel material adhesion on glove box components using nanoparticle coating

瀬川 智臣; 川口 浩一; 石井 克典; 鈴木 政浩; 立原 丈二; 高藤 清人; 沖田 高敏; 佐藤根 大士*; 鈴木 道隆*

Proceedings of 2020 International Conference on Nuclear Engineering (ICONE 2020) (Internet), 6 Pages, 2020/08

MOX燃料製造工程におけるグローブボックス内の核燃料物質の滞留並びに外部被ばく線量の低減を目的として、グローブボックス構成材のアクリルへのナノ粒子コーティングによる粉末付着防止に係る技術開発を進めている。アクリル試験片にナノ粒子をコーティングすることにより、表面にナノオーダーの微細な凹凸が形成され、アクリル試験片と観察された最小粒子径約5$$mu$$mのUO$$_{2}$$粒子との間に働く付着力が約10分の1に低下し、さらにMOX粉末の付着量が約10分の1に低減することが明らかになった。本研究によりグローブボックス構成材に対し、ナノ粒子コーティングを施すことにより、核燃料物質の付着防止効果が得られることがわかった。本手法は、グローブボックスにおける核燃料物質の滞留並びに外部被ばく線量の低減、アクリルパネルの視認性の改善に有効である。

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。

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。

口頭

MOXペレットの2次元レーザーでの3次元形状測定による外観検査技術の開発

高藤 清人

no journal, , 

プルトニウム燃料第三開発室でのMOX燃料製造工程のペレット外観検査は、目視によりモニタ上に映したペレットの全数検査を行っており、検査員への負担、検査時間等に課題がある。このため、MOX燃料ペレットの自動外観検査技術のニーズは高かったが、いまだ実用化には至っていない。一方、近年開発された高速・高精度の2次元レーザー変位計により、ペレット表面の詳細な凹凸状態を測定し、この情報から欠陥部を識別できる可能性がある。本研究では、最新の2次元レーザー変位計を用いて、模擬ペレット円筒面の表面形状を測定し、得られた測定データから、表面の凹凸展開イメージを作成し、それを解析することでペレットの外観不良を判別するアルゴリズムを検討した。その結果、2次元レーザー変位計によりペレットの外観不良部位を識別可能なこと、及び検討した解析手順により外観不良判定が可能なことを確認し、実用化に向けた基礎的データが得られた。

口頭

MOXペレットの2次元レーザーでの3次元形状測定による外観検査技術の開発,2

高藤 清人

no journal, , 

プルトニウム燃料第三開発室の燃料製造工程では、ペレット全数に対して、目視により外観検査を行っている。外観検査が自動化されることにより、検査員の負担の軽減、検査時間の短縮などが期待される。これまで、MOXペレットの自動外観検査技術の開発は、画像処理技術を中心に進められたが、グローブボックス内の照明環境やMOXペレット自体の色調等の影響によって欠陥部位の正確な判別が困難であり、実用化には至っていない。前回の報告では、上記の課題を克服できる可能性のあるペレット表面形状測定装置として2次元レーザー変位計を選定し、欠陥付き模擬ペレットの表面形状測定データから外観不良判定アルゴリズムを検討し、データ処理プログラムの開発を行った。今回は、本技術の有効性を評価するため、測定時間をパラメータとして、欠陥形状やペレットの色調が異なる複数の模擬ペレットの表面形状を測定し、データ処理プログラムの解析結果の信頼性を評価した。

口頭

2次元レーザー変位計によるMOX燃料ペレットの外観検査技術の開発

高藤 清人; 鈴木 紀一; 飯村 直人; 沖田 高敏

no journal, , 

原子力機構でのMOX燃料製造工程におけるペレット外観検査では、モニター上に映したペレットを目視により全数検査しており、検査員への負担や検査時間等に課題があり、外観検査の自動化へのニーズがあった。このため、2次元レーザー変位計によりペレットの表面形状を測定し、測定データからペレットの外観不良を判別するプログラムを開発した。本報告では、測定データ及び外観不良判別プログラムの信頼性を評価した結果を報告する。

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