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論文

Conceptual study on parasitic low-energy RI beam production with in-flight separator BigRIPS and the first stopping examination for high-energy RI beams in the parasitic gas cell

園田 哲*; 片山 一郎*; 和田 道治*; 飯村 秀紀; Sonnenschein, V.*; 飯村 俊*; 高峰 愛子*; Rosenbusch, M.*; 小島 隆夫*; Ahn, D. S.*; et al.

Progress of Theoretical and Experimental Physics (Internet), 2019(11), p.113D02_1 - 113D02_12, 2019/11

AA2019-0315.pdf:1.37MB

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Physics, Multidisciplinary)

理化学研究所の不安定核ビーム施設(RIBF)では、入射核破砕反応や核分裂で生成される多くの核種からインフライト分離装置(BigRIPS)を用いて実験対象の核種を分離している。しかるに、分離された残りの核反応生成物の中にも核構造から興味深い多くの不安定核が含まれている。これらをBigRIPSから取り出して研究することができれば、RIBFの有効利用につながる。そこで、BigRIPS内に設置したガスセル中で核反応生成物を停止させてレーザーでイオン化して引き出す装置(PALIS)を開発中である。開発の一環として、RIBFの$$^{78}$$Krビームの破砕反応により生成する$$^{67}$$Se近傍の不安定核をガスセル中で停止させる実験を行なった。実験結果は破砕反応の模型計算の予測とよく一致し、ガスセル中での停止効率は約30%と評価された。この結果を基に、次のステップとして、停止した核反応生成物をガスセルから引き出すことを行う。

論文

Determination of crystal structure and charge density of (Ba$$_{0.5}$$Sr$$_{0.5}$$)(Co$$_{0.8}$$Fe$$_{0.2}$$)O$$_{2.33}$$ by Rietveld refinement and maximum entropy method analysis

伊藤 孝憲*; 西田 有希*; 冨田 文*; 藤江 良紀*; 北村 尚斗*; 井手本 康*; 大坂 恵一*; 廣沢 一郎*; 井川 直樹

Solid State Communications, 149(1-2), p.41 - 44, 2009/01

 被引用回数:33 パーセンタイル:77.94(Physics, Condensed Matter)

(Ba$$_{0.5}$$Sr$$_{0.5}$$)(Co$$_{0.8}$$Fe$$_{0.2}$$)O$$_{2.33}$$の結晶構造と電子密度分布を中性子回折及びX線回折法によって解析した。結晶構造は空間群${it Pnma}$の分割原子モデルによる解析の結果、酸素1(4${it c}$)及び酸素2(8${it d}$)サイトの席占有率が各0.59, 0.87であり、(Co, Fe)-O2面は異方性共有結合とイオン結合、(Ba, Sr)-O1結合は低密度のイオン結合性であることが明らかになった。

報告書

「常陽」MK-III冷却系機器の設計・製作; 主冷却機

川原 啓孝; 礒崎 和則; 冨田 直樹

JNC TN9410 2004-015, 129 Pages, 2004/04

JNC-TN9410-2004-015.pdf:6.53MB

「常陽」では、照射能力の高度化に向けたMK-Ⅲ改造工事を完遂した。MK-III計画では、除熱能力を高めるため、原子炉冷却系機器のうち、主中間熱交換器、主冷却機をはじめとした機器を交換した。本報告書は、交換機器のうちの主冷却機について、設計・製作にあたっての特徴、設計に対する考え方、各種設計データをまとめたものである。

報告書

「常陽」MK-III冷却系改造工事; 1次冷却系機械設備(主中間熱交換器)

大嶋 淳; 芦田 貴志; 礒崎 和則; 住野 公造; 山口 明; 坂場 秀男; 小澤 健二; 冨田 直樹

JNC TN9410 2004-011, 279 Pages, 2004/04

JNC-TN9410-2004-011.pdf:68.76MB

高速実験炉「常陽」の照射能力の高度化を目的としたMK-III計画では、炉心の高速中性子束を高めることで熱出力がMK-IIの100MWtから140MWtに増大した。冷却系の改造は、除熱能力の向上を目的として大型ナトリウム機器を交換するものであり、1次冷却系では、主中間熱交換器(IHX)及びIHX接続配管の交換を行った。本改造は、既設プラントの冷却系バウンダリを維持した状態で放射性ナトリウムが付着した大型機器を交換する我が国初めての工事であり、さらに限られた作業エリア、高放射線環境下での作業等、多くの制約条件があった。このため、従来の「常陽」における運転・保守に関する経験、知見、ナトリウム取扱技術に関する研究開発成果等を参考にしつつ、工事準備段階で綿密な検討を行い、改造工事を実施した。MK-III冷却系改造のうち、1次冷却系機械設備(主中間熱交換器)の改造工事で得られた成果は以下のとおりである。(1)モックアップ試験による基本工法の確認、最適な作業と作業条件の選定、トレーニングによる作業習熟等を図り、的確な工事方法と作業時間短縮により、作業員の被ばく線量を低減することができた。(2)ナトリウムバウンダリを開放する作業(配管切断、ナトリウム除去・洗浄、配管溶接)時のシールバッグによる雰囲気隔離方法の有効性を実証した。(3)冷却材バウンダリ開放時間を低減する適切な切断順序の策定、各切断部位に応じた適切な切断工法(バイト切断+押切り等)の選定により、内外管を含む計44箇所の配管切断時における異物混入を防止できた。(4)配管切断開口部に取付けた線用の仮閉止治具(閉止キャップ、固定治具、ヘキサプラグ)により、工事期間中、冷却材バウンダリを確実に維持することができた。(5)配管切断部に残留したナトリウムの掻きだし及び内面付着ナトリウムの拭き取り方法の有効性を実証すると共に、効率的な作業方法を見出した。(6)配管溶接時の差圧管理(バックシールガスとシールバッグ内圧)と配管表面温度の監視によるシールバッグ内溶接作業の施工方法を確立した。 1次冷却系機械設備(主中間熱交換器)の改造工事は。2000年10月30日に開始し、大きなトラブルもなしにほぼ計画通り2001年9月21日に完了した。これらの成果は、今後同様な工事を実施する場合に十分反映できるものと考えられる。

報告書

「常陽」で用いられている配管支持装置の設計超過荷重振動試験

礒崎 和則; 冨田 直樹

JNC TN9410 2003-005, 55 Pages, 2003/08

JNC-TN9410-2003-005.pdf:12.21MB

高速実験炉「常陽」では、地震時の振動を抑制するため、1次冷却系及び2次冷却系をはじめとした配管系に多数の配管支持装置(メカニカル防振器及び油圧防振器)が使用されている。配管支持装置は、熱膨張のような緩やかな配管変位に対しては追従して移動し、地震時のような移動速度の速い振動などに対しては機械的または油圧で配管系を拘束し、振動を抑制するものであり、製作メーカー仕様で定格荷重の1.5倍の設計裕度が考慮されている。配管支持装置については、設計裕度以上の荷重が負荷された場合においても配管系を支持する機能が十分であると考えられるが、その機能が定格荷重の何倍まで有しているかは明らかになっていない。今回、これを明らかにするため、1次冷却系及び2次冷却系に設置されている配管支持装置と同型式ものについて振動試験を実施した。配管支持装置の振動試験の結果、配管系の振動を抑制する機能は、定格荷重の6倍まで設計性能を維持できることを確認した。今後は、耐震設計の見直し、余寿命評価など、既設機器・配管系の再評価を行う機会が多々あると想定され、その機会があるごとに今回得られたデータを配管系の拘束点における耐荷重として採用することで、既設設備に見合った合理的な評価を行うことができる。

報告書

「常陽」MK-III冷却系機器の設計・製作; 主中間熱交換器

近藤 等士; 礒崎 和則; 川原 啓孝; 冨田 直樹

JNC TN9410 2003-004, 137 Pages, 2003/06

JNC-TN9410-2003-004.pdf:10.25MB

高速実験炉「常陽」では、照射能力の高度化に向けたプロジェクト(MK-III計画)を進めている。MK-III計画は、炉心の高速中性子束を高める、照射運転時間を増やす、照射技術を向上させることを目的としている。熱出力は、炉心の中性子束を高めることでMK-II炉心の100MWtから140MWtに増大する。よって、その除熱能力を高めるため、原子炉冷却系機器のうち、主中間熱交換器(50MW/基$$times$$2基)及び主冷却機(25MW/基$$times$$4基)をはじめとした冷却系機器を交換するための改造工事を2000年10月30日から2001年9月21日間実施した。改造工事においては、改造範囲を極力少なくする観点から既設設備の配置を変更しないとの条件の中で、主中間熱交換器の必要交換熱量(70MWt/基)を確保した。MK-III用主中間熱交換器の設計では、伝熱・流動特性、圧力損失、流力振動、機器区分・耐震クラスの考え方、構造の特徴を踏まえた機械的強度、遮へい機能といった種々の面からの検討を行うと共に、主要構造材料に高温でのクリープ破断及びクリープ疲労特性を向上させた316FRを採用した。これにより、旧主中間熱交換器の改善点及びMK-III条件(出入口温度差($$Delta$$T)の増大、流量の増加)に伴う以下の問題点を解決した。(1)旧主中間熱交換器(A)で生じていた熱交換量に寄与しない無効流の抑制(2)旧主中間熱交換器(B)で生じていた放射性腐食生成物(CP)の付着抑制(3)流量増加に伴うナトリウム液面低下(4)熱過渡緩和本報告書は、MK-III用主中間熱交換器の設計・製作にあたっての特徴、設計に対する考え方、各種設計データをまとめたものである。なお、(3)項については、2003年2月から3月に実施した総合機能試験(その2)において設計の妥当性を確認した。(1)項及び(4)項については、2003年8月から11月に実施される性能試験で確認すると共に、(2)項については、今後運転を継続していく中でCP測定データを蓄積することにより設計の妥当性を明らかにする。

報告書

「常陽」MK-III主冷却器伝熱管群の空気流動試験

礒崎 和則; 冨田 直樹; 川原 啓孝

PNC TN9410 97-070, 98 Pages, 1997/07

PNC-TN9410-97-070.pdf:3.52MB

MK-IIIでは、炉心の高性能化に伴い、原子炉熱出力が現在の100MWtから140MWtに増大する。したがって、MK-III主冷却器については、伝熱管を既設のU型からΣ型に改造すること、及び空気流量を増大することで、除熱能力の向上を図ることとしている。このMK-III主冷却器伝熱管群のサポート間の固有振動数は、約15Hzであり、一方、Y.N.Chenの文献に基づく伝熱管群のカルマン渦放出周波数は、約90Hzである。よって、高次モードになるといずれかのモードでカルマン渦放出周波数と重畳する可能性がある。また、伝熱管外を流れる空気流速が既設主冷却器より増加しており、かつ、「もんじゅ」2次系ナトリウム漏えい事故の原因が温度計ウェルの流力振動によるものであったことに鑑み、MK-III主冷却器伝熱管群を模擬した空気流動試験等を行った。空気流動試験等の結果は、以下のとおりであった。(1)空気流動(渦振動)試験 MK-III主冷却器伝熱管群の幾何学的形状におけるストローハル数(St)は、0.13$$sim$$0.15、0.37$$sim$$0.39であった。このうち、低流速$$sim$$高流速まで見られるストローハル数は、0.13$$sim$$0.15で、Y.N.Chenの文献とほぼ一致することを確認した。また、変動揚力係数(CL )は、カルマン渦放出周波数と共振した状態でも、0.1以下と小さい値であることを確認した。(2)強制加振(減衰定数測定)試験 MK-III主冷却器伝熱管群の減衰定数($$zeta$$)は、最小値0.4%、最大値1.37%、平均値0.7%と、JEAG4601-1991の配管区分IIの保温材なしの減衰定数1%より低めであった。(3)空気流動(流力弾性振動)試験 MK-III主冷却器伝熱管群の限界速度係数(K)は、最小値6.23、平均値7.39であり、S.S.Chenの文献に基づく三角配列30$$^{circ}$$より算出した値とほぼ一致することを確認した。(4)フィン付け根部応力集中係数測定試験 MK-III主冷却器伝熱管群のフィン付け根部の応力集中係数(Ke)は、2.0以下である ことを確認した。なお、通産省告示501号より構造不連続部の最大応力集中係数は、5.0である。上記の試験結果を用いて、MK-III主冷却器伝熱管群の高サイクル疲労損傷評価を行った結果、発生するピーク応力は2kg/mm$$^{2}$$(減衰定数$$zeta$$=0.4%、応力集中係数=5.0)以下であり、伝熱管がカルマン渦によって高サイクル疲労損傷することがないことを確認した。

口頭

Corrosion of the nitrogen gas cooler heat transfer tubes in the shielding concrete cooling system of the Experimental Fast Reactor JOYO

川原 啓孝; 吉田 昌宏; 冨田 直樹

no journal, , 

高速実験炉「常陽」の第14回施設定期検査において、遮へいコンクリート冷却系の検査が実施された。同系統における窒素ガス冷却器の漏えい試験を実施したところ、小さな漏えいが検出された。詳細な調査の結果、窒素ガス冷却器の伝熱管42本について、腐食による穴が開いていることが認められた。これにより、定期検査工程を延長し、窒素ガス冷却器におけるすべての伝熱管を交換した。

口頭

LHD重水素実験に向けたシンチレーティング光ファイバーに基づく高速中性子指向性検出器の最適化

中田 直樹*; 高田 英治*; 磯部 光孝*; 小川 国大*; 西谷 健夫*; 井口 哲夫*; 富田 英生*; 佐藤 聡; 河原林 順*

no journal, , 

核融合科学研究所LHD装置における中性子発生プロファイル計測を目的として、中性子とシンチレーティング光ファイバーの反跳陽子発生確率の前方性を利用して指向性を持たせることにより、シンチレーティング光ファイバーによる高速中性子指向性検出器を開発している。シンチレーティング光ファイバー形状の最適化による指向性向上を目指して、14MeV中性子を入射させた場合の、閾値以上のエネルギー付与イベント数をPHITSによって計算した。自己遮蔽の影響により、シンチレーティング光ファイバーに対して平行に中性子を入射させた場合、後方部分でのイベント数が少なくなった。シンチレーティング光ファイバーの長さを短くしても角度依存性は大きく変化しなかったが、細くした場合、角度依存性が向上することがわかった。開発したシンチレーティング光ファイバーを用いて、原子力機構FNSにおいて、DT中性子線源による中性子計測実験を行った。得られた角度依存性は計算結果より悪かった。シンチレーティング光ファイバーの高い$$gamma$$線感度等が原因として考えられる。今後はLHDで予想される中性子, $$gamma$$線場を前提に検出器の再設計を行う予定である。

口頭

超音波フェーズドアレイによる炉内構造物位置同定法の開発

朝日 学*; 富田 直樹*; 古谷 正祐*; 森田 秀利*; 豊田 晃大

no journal, , 

ナトリウム冷却高速炉の炉内構造物位置同定のためフランス原子力庁では容器を開放しナトリウムプールに浸漬する超音波センサーを開発中である。しかし容器を開放せずに容器外面から検査できれば保守時間短縮と炉内構造物への負荷低減が可能となる。ところがステンレス鋼はナトリウムより音速が速く密度が大きいため、超音波は極めて高い割合でステンレス鋼容器壁からナトリウムプール中に入射されず反射される。そこで本研究では、超音波フェーズドアレイ探傷器を用いて、ナトリウムプール中に入射する微弱な超音波を分析し、内部構造物の位置を同定する計測手法を開発する。

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