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論文

Design study and comparative evaluation of JSFR failed fuel detection system

相澤 康介; 近澤 佳隆; 石川 信行; 久保 重信; 岡崎 仁*; 水戸 誠*; 戸澤 克弘*; 林 真照*

Proceedings of 2012 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '12) (CD-ROM), p.465 - 474, 2012/06

日本において、JSFRの設計研究が進められている。JSFRは2種類の破損燃料検出系を有している。一つは、炉内の燃料破損を検出するFFDである。もう一つは、破損した燃料集合体を位置決めするFFDLである。本研究では、FFDへの要求性能を整理し、それを満足する実証炉用FFD及び実用炉用FFDを設計した。実用炉FFDは、炉上部プレナムのナトリウムをサンプリングするシステムを採用し、炉上部プレナム内の流動解析を実施して性能を確認した。実証炉用FFDは、1次系配管の外側に検出器を設置するシステムを採用し、遮へい解析等を実施して性能を確認した。FFDLについては、既往炉及び過去の研究開発の経験を整理した。セレクタバルブ法FFDLはPhenixとS-Phenixの経験を調査し、タグガス法FFDLはEBR-IIとFFTFの経験を調査した。これらの調査結果をもとに、両システムのJSFRへの適合性を評価した。

論文

Comparison of sodium-cooled reactor fuel-handling systems with and without an ex-vessel storage tank

近澤 佳隆; 鵜澤 将行*; 臼井 伸一*; 戸澤 克弘*; 小竹 庄司

Nuclear Technology, 177(3), p.293 - 302, 2012/03

 被引用回数:3 パーセンタイル:28.72(Nuclear Science & Technology)

ナトリウム冷却実用炉のための燃料取扱設備の比較評価を実施した。簡素化EVST方式と水プール直接貯蔵方式の比較評価を実施した。水プール直接貯蔵方式はEVSTを削除可能なものの新燃料,破損燃料のための専用貯蔵設備を要しシステム全体としては経済性はEVST方式と同等程度であることがわかった。このため従来技術の延長で水プール直接貯蔵方式と同等の経済性を達成可能なEVST方式を採用した。

論文

Conceptual design study for the demonstration reactor of JSFR, 6; Fuel handling system design

近澤 佳隆; 加藤 篤志; 小幡 宏幸*; 西山 昇; 鵜澤 将行*; 戸澤 克弘*; 千代 亮*

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

JSFR実証炉の予備概念設計を提案した。FaCTフェーズIにおける安全性,パンタグラフ型燃料交換機,2集合体ポット,乾式洗浄,MA含有新燃料輸送キャスクについての採否判断結果を紹介した。

論文

Comparative study on advanced fuel handling systems for JSFR

近澤 佳隆; 鵜澤 将行*; 臼井 伸一*; 戸澤 克弘*; 小竹 庄司

Proceedings of 2010 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '10) (CD-ROM), p.10142_1 - 10142_9, 2010/06

A comparative study on the JSFR fuel handling system has been conducted. Construction cost, safety and operation were compared between the reference system with EVST and the evolutional system without EVST. The result shows that the advanced systems cannot provide clear advantages even they adapt innovative technologies.

論文

Development of a slim manipulator type fuel handling machine for a commercialized fast reactor

近澤 佳隆; 臼井 伸一; 此村 守; 定廣 大輔*; 戸澤 克弘*; 堀 徹*; 戸田 幹雄*; 小竹 庄司*

Proceedings of 14th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-14) (CD-ROM), 7 Pages, 2006/07

ナトリウム冷却大型炉の燃料交換機としてアームスイング式マニプレータ型燃料交換機の概念設計を実施した。耐震解析評価の結果から、軸受内部隙間に起因したガタが切込付UISと燃料交換機の干渉に及ぼす影響が大きく、軸受内部隙間をなくすことにより干渉回避を確実にすることができることが明らかになった。このため燃料交換機軸受として予圧負荷により軸受内部隙間をなくすことが可能なアンギュラ玉軸受を採用することとした。燃料交換機軸受はナトリウムベーパを含む200$$^{circ}$$Cアルゴンガス中において使用されるため、通常用いられる液体潤滑材を使用することができない。このため燃料交換機軸受に適用可能な固体潤滑仕様をパラメータとして1/10スケール軸受を用いた気中試験を実施し、内外輪MoS$$_{2}$$コーティングステンレス,セラミックボールの組合せを選定した。また、実機運転環境を模擬したナトリウムベーパを含むアルゴンガス中において実規模軸受の耐久試験を実施した。実機軸受面圧1580MPaに対して不確かさを考慮して1745MPaを負荷し、燃料交換5回相当の期間において軸受の運転に問題がないことを確認した。

報告書

ガス炉用縦方向流冷却六角ブロック燃料製造システムの調査

戸澤 克弘*; 山田 裕之*; 尾崎 博*; 鈴木 嘉浩*

JNC TJ9420 2005-006, 133 Pages, 2005/02

JNC-TJ9420-2005-006.pdf:11.17MB

FBRサイクル実用化戦略調査研究の一環として、Heガス冷却FBR燃料の候補概念である窒化物被覆粒子燃料を六角ブロック集合体に分散させた燃料の燃料製造システムを対象として、プラント概念を示すこと及び、廃棄物発生量および経済性を評価することを目的として詳細検討を行った。その結果以下の成果を得た。(1) 燃料製造プラント概念の調査 被覆粒子はTiNとSiCの2層の被覆を考慮して、物質収支、機器系統数、全体システム構成を検討した。その上で六角ブロックの製造方法としては炉心部は縦置き、ブランケット部は横置きで被覆粒子を振動充填した後、ブロック枠にSiC蓋を接合する組立方式を設定し、対応する製造設備概念を具体化した。燃料集合体は六角ブロックにエントランスノズル、ハンドリングヘッドをネジ止めする設備概念を具体化した。六角ブロックの検査項目を整理し、密度検査はX線CTによる方式とした。試薬回収設備は湿式振動充填法の概念に基づき系統を具体化した。(2) システム評価に関するデータの評価 主工程、分析、保守補修により発生する気体、液体、固体廃棄物を評価した結果、気体、液体廃棄物については試薬回収工程においてIPA、硝酸、アンモニア水を回収することで排出量を大幅に削減できる可能性が示された。 また、構築したプラント概念に対して経済性評価を行い、設備費、運転費などを評価した。その結果、建設費総額の21%が主工程建設費、35%が周辺設備(廃棄物処理・分析・保守補修・計装・ユーティリティ)費、34%が建・電・換費、10%が新燃料貯蔵設備費との試算結果が得られた。

報告書

ガス炉用窒化物燃料製造システム検討

戸澤 克弘*; 山田 裕之*; 尾崎 博*; 中野 正明*

JNC TJ9420 2005-007, 104 Pages, 2004/02

JNC-TJ9420-2005-007.pdf:6.68MB

Heガス冷却FBR燃料の概念候補である窒化物被覆粒子燃料製造システムを対象として、窒化物燃料の詳細な検討を行い、プラント概念を示すこと及び、廃棄物発生量及び経済性を評価した。

論文

Development of the for the materials transfer capability evaluation system in a Pyrochemical Reprocessing Plant

岡村 信生; 戸澤 克弘; 佐藤 浩司

Proceedings of 11th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-11) (CD-ROM), 0 Pages, 2003/00

主工程においてプラント内物質移送を配管ではなくマテリアルハンドリングシステムに強く依存する乾式再処理プラントについて、プラント処理量の評価や,処理量への影響の大きい因子を摘出するための評価システムを開発した。当システムを用いることにより、詳細な機器図面、セル内配置が決定していない概念設計段階レベルのプラントにおいても、その運用性について評価することが可能となった。具体的には、酸化物電解法プラントに対して評価を実施した。

報告書

乾式再処理における物流評価システムの構築-酸化物電解法プラントの特性評価-

岡村 信生; 戸澤 克弘; 佐藤 浩司

JNC TN9400 2002-041, 57 Pages, 2002/07

JNC-TN9400-2002-041.pdf:4.76MB

乾式再処理法ではプラントの操業に際して、低除染プロセス、バッチ式処理という特性からマテリアルハンドリング装置への依存度が大きい。そこで、プラントの処理能力に対する評価や物流を中心とした操業性の検討を行うための物流評価システムを構築した。この評価システムは、工程機器やマテリアルハンドリング装置の処理能力と、マテリアルハンドリング時に大きな制約を課すセル内機器の相対的な位置関係情報を基に構築できるので、詳細な機器図面やセル内機器配置図面の作成に至っていない乾式再処理プラントに対しても十分な評価を行うことが可能である。 実用化戦略調査研究のフェーズIで設計した年間稼動日数200日、年間処理量50tHMの酸化物電解法乾式再処理プラントを対象に、本評価システムを用いてプラントの処理量と特性について評価した。その結果、マテリアルハンドリングがプラント処理能力を左右する支配因子となり、このプラントの実質的な処理量は、 設計値の88%程度であることが示された。また、処理量を改善するためには、工程機器の台数増加やボトルネックとなっている工程の優先的な処理等有効な手立てとはならず、マテリアルハンドリングに要する時間の短縮化が最も効果的であることが分った。

報告書

乾式リサイクルシステム解析コードの開発(その2)-カソードプロセッサ蒸留解析コードの適用検討とプロセスセル冷却系検討及び除熱評価-

伊崎 誠; 戸澤 克弘; 掛樋 勲

JNC TN9400 2001-094, 114 Pages, 2001/07

JNC-TN9400-2001-094.pdf:10.56MB

本研究は、従来のPurex再処理法と異なるシステム概念の乾式リサイクルシステム(乾式再処理)・金属電解法について、主要機器であるカソードプロセッサ(蒸留器)の蒸留挙動を模擬し、処理時間及び物質収支などを把握するための蒸留解析コードの検証、及びプロセスセルの冷却挙動解析をパーソナルコンピュータ上で実施できるように作成した解析モデルを用いた冷却系のパラメータサーベイを実施したものである。これらは、乾式リサイクルシステム・金属電解法の構築、評価のためのシステム解析ツール(設計ツール)開発の一環として行ったものである。 蒸留解析コードについては昨年度開発したコードについて、Cdの蒸留挙動の内、主として蒸発量に関して理論値と比較した検証を行った。その解析結果は、適切なメッシュサイズ、時間ステップ等を入力することにより比較的良い一致を示すことが確認され、今後の蒸留装置の設計ツールとして使用できる目途を得ることが出来た。 冷却系のパラメータサーベイは今後のセル内冷却系の設計及び評価に資するため、乾式再処理セル内の冷却方式 4ケースに対して、通常状態及び低流量状態の徐熱性について定常解析を行った。その結果、セル冷却については下部には各発熱機器を冷却する流れを必要最小限確保し、上部にはバルクのセル冷却を確保するような冷却方法とすることが望ましいと考えられることが分かった。

報告書

乾式リサイクルシステム物流システムの構築

掛樋 勲; 戸澤 克弘; 松本 俊一; 田中 健哉; 吉氏 崇弘*

JNC TN9400 2000-053, 99 Pages, 2000/04

JNC-TN9400-2000-053.pdf:7.47MB

本研究は、従来のPurex再処理法-ペレット加工法と異なるシステム概念の乾式リサイクルシステム(乾式再処理-射出成型(金属燃料)、振動充填(酸化物燃料)加工法)における操業性評価に係るものである。乾式リサイクルシステムは、工程機器で処理した燃料(使用済み燃料、リサイクル燃料中間製品、リサイクル燃料製品)を固体の形で次の工程へ移送するバッチ処理システムである。このため、工程間の燃料移送はハンドリングロボットを用いて自動化された物流システムで行う。本研究では、米国アルゴンヌ国立研究所(ANL)の金属燃料プロセスを例に、乾式プロセスのロボットによる自動化操業システムについて、ロボットの必要機能、ロボットと工程機器の相互の操作性、動作・移送時間等の観点でシステム評価を行った。評価は、プロセス機器、機器動作、プロセス移送物及びハンドリングロボット機能の現実化したモデルをシミュレーションコードに組み込んで、ロボットによるプロセス操業をシミュレーションする、バーチャルエンジニアリング手法を適用して行い、ロボットによる乾式プロセス物流操作の現実性を示した。またプロセス設計、技術開発の進捗による、より実際的で、合理的な乾式システムの物流システム構築の課題を摘出して示した。

報告書

乾式リサイクルシステム解析コードの開発

戸澤 克弘; 松本 俊一; 掛樋 勲

JNC TN9400 2000-052, 110 Pages, 2000/04

JNC-TN9400-2000-052.pdf:4.39MB

本研究は、従来のPurex再処理法と異なるシステム概念の乾式リサイクルシステム(乾式再処理)について、主要機器であるカソードプロセッサ(蒸留器)の蒸留挙動を模擬し、処理時間及び物質収支などを把握するための蒸留解析コード及び、プロセスセルの冷却挙動解析をパーソナルコンピュータ上で実施できるように解析モデルを作成したものである。これらは、乾式リサイクルシステム構築、評価のためのシステム解析ツール(設計ツール)開発の一環として行ったものである。カソードプロセッサ蒸留解析コードの作成にあたっては、検証計算としてベンチマークデータが公開されている2次元キャビティ内の自然対流問題のベンチマーク解と本解析コードでのパーソナルコンピュータ上での計算結果を比較した結果、よく一致することを確認した。次に、本解析コードの精度向上、作業効率向上を目的とした改良を行った上で、本解析コードを用いてカソードプロセッサを模擬した円筒状の密閉容器の体系にてCdの蒸留について蒸留解析を実施し、蒸留挙動がシミュレーションできることを確認した。乾式プロセスセルの冷却挙動解析モデルの作成に当たっては、ワークステーション上の詳細解析モデルとのベンチマーク解析からパーソナルコンピュータ上でも十分な精度でモデル化できることを確認した。定常解析によりセル内の流況と温度分布を確認した上で、非常時冷却過渡解析を行った結果、定常的にはヒートバランスがとれた条件であっても、初期の段階で過渡的な温度ピークが発生することがわかった。さらに過渡解析の最終的な定常値は非定常変動の部分的な循環流のでき方に左右され、現象自体の不安定さに影響される可能性があるため、セル空調系の設計にあたっては、冷却ガスのよどみ部に発熱に伴う循環流を起こさない設計とする必要があることがわかった。

論文

Design study an advanced nuclear fuel recycling system; Conceptual design of recycling system using dry reprocessing technology

河西 善充; 掛樋 勲; 毛呂 達; 米澤 重晃; 東 達弘; 戸澤 克弘

Proceedings of International Conference on Future Nuclear Systems (GLOBAL'99), 0 Pages, 1999/00

サイクル機構は、高速増殖炉の核燃料リサイクルシステムの研究開発を行っている。この中で、燃料サイクルの経済性向上、環境負荷低減、安全性及び核不拡散性の向上を目指し、溶融塩技術を適用した乾式リサイクルシステムの設計研究を進めている。本設計研究の成果を1999年8月に米国で開催されるGLOBAL'99で発表する。

論文

リサイクル炉の検討

笠井 重夫; 小川 伸太*; 早船 浩樹; 黒澤 典史; 赤津 実; 戸澤 克弘; 庄野 彰; 一宮 正和

動燃技報, (105), p.27 - 40, 1998/03

経済性および安全性を十分に確保して、環境への負荷の低減および核不拡散性の強化が図れる先進的核燃料リサイクル体系を構成するのに相応しい先進的高速炉炉心(リサイクル炉心)概念を構築した。リサイクル炉心概念は、放射性固体廃棄物を削減するために従来の燃料集合体の外套であるラッパ管を削減するとともに中性子遮蔽体を分離・再利用することとし、炉心冷却性能を確保するために制御棒を内包する大型開放燃料集合体で構成した炉心構造概念(開放型炉心と称す)とした。また、燃料には窒化物燃料を用い、その高熱伝導でナトリウムとの共存性が良好である特長を利用し受動的安全性を高めた炉心概念とした。

報告書

平成7年度 実用リサイクル炉概念検討報告書; ダクトレス燃料炉心構造

小川 伸太; 早船 浩樹; 戸澤 克弘; 一宮 正和; 林 秀行; 向坊 隆一

PNC TN9430 96-007, 354 Pages, 1996/07

PNC-TN9430-96-007.pdf:13.67MB

60万kWeのMOX高燃焼度・長期運転リサイクル炉心を対象に,燃料集合体のダクトを削除したダクトレス燃料炉心の熱流動特性,機械的特性を評価し,ダクトレス炉心の基本概念を明らかにした。主な検討結果は,(1)ダクトレス燃料集合体の基本構造を設定し,その機械的性質を確認した。(2)ダクトレス燃料炉心では炉心領域の流量が一様となり,温度分布の出力分布依存性が高くなる。(3)集合体剛性はダクト型集合体に比べて大幅に低下し,また炉心領域での熱わん曲や照射わん曲が小さい。(4)炉心での自然対流による炉心冷却効果が高く,ピーク温度の低減,炉内温度分布の均一化等,ダクトレス燃料炉心固有の安全性を確認した。

報告書

平成7年度 実用リサイクル炉概念検討成果報告書; プラントシステムの検討

赤津 実; 戸澤 克弘; 渡辺 一郎; 一宮 正和; 林 秀行; 向坊 隆一

PNC TN9430 96-005, 237 Pages, 1996/07

PNC-TN9430-96-005.pdf:9.6MB

標記検討において環境負荷低減・資源有効利用の観点から,廃棄物を極限できるリサイクルシステムを目指している。マイナアクチド(MA)を含むアクチニドリサイクル・ダクトレス60万kWe炉心の実現のため,MOX燃料炉心を中心に設計検討を行った。プラントシステム設計に関連し,ダクトレス・アクチニド含有炉心槽内の熱流動,炉心の浮上り力増大及び崩壊熱増大による系統への影響を評価した。更に,炉心廻り構造の成立性の検討・設定を行った。原子炉の支持構造概念を検討し,浮上り防止機構構造を明らかにした。冷却系は,MAを炉心に添加することで,1ループ当たり16MWの除熱容量の確保で,事故時も原子炉冷却材バウンダリの健全性の確保を確認した。

報告書

平成7年度 リサイクル試験炉開発プログレスレポート

笠井 重夫; 戸澤 克弘; 赤津 実; 小川 伸太; 渡辺 一郎; 早船 浩樹; 永沼 正行; 一宮 正和; 林 秀行; 向坊 隆一

PNC TN9430 96-004, 152 Pages, 1996/07

PNC-TN9430-96-004.pdf:6.15MB

リサイクル試験炉開発における平成7年度の概念設計について報告した。また,概念構築上重要な要素研究として,試験炉での炉内計装技術の調査と引抜型UISにおける機器再使用性を検討し,開発課題を示した。リサイクル試験施設との隣接設置,試験炉での試験内容及び試験炉の運用スケジュールを想定して,試験炉全体の輪郭を示した。次年度の計画も記述した。1)概念の詳細化,2)前提条件の確認,3)実用リサイクル炉概念の開発,4)試験炉での試験シミュレーション。

論文

A Design Study on an Advanced Actinide Recycle Reactor

庄野 彰; 黒澤 典史; 早船 浩樹; 戸澤 克弘; 赤津 実; 一宮 正和

日ロ高速炉専門会議, , 

本件は、アクチニドリサイクル研究開発の一環として実施したリサイクル炉の設計研究成果をまとめたものであり、明年1月に開催される「日ロ高速炉専門家会議」で報告を行う。リサイクル炉心の設計では、低DF燃料等様々なし仕様のリサイクル燃料の受容性を高めるためにラッパ管を削除した大型燃料集合体に窒素物燃料を装荷し、さらに燃料領域にジルコニウムハイドライド(ZrH)を適量装荷して反応度係数を調整することによってATWS時の受動安全性を確保する革新的な概念を採用した。また、制御棒及びその案内管を燃料集合体に内包する構造を採用している。炉心核熱設計、機械設計、炉内構造物配置設計、燃取系概念検討等により、運転期間2年以上・炉心平均燃焼度20万MWD/t・炉出口温度550$$^{circ}C$$を達成する炉心概念の成立性と将来課題を見出した。

論文

A Study on the Recycle Core using Nitride Fuel in an Advanced Nuclear Recycling System

笠井 重夫; 小川 伸太; 戸澤 克弘; 赤津 実; 早船 浩樹; 一宮 正和

Proceedings of International Conference on Future Nuclear Systems (Global'97), Vol.2, , 

経済性及び安全性を確保した上で核燃料サイクル全体として環境への負荷の低減及び核不拡散性の強化が図れる核燃料サイクル概念(先進的核燃料リサイクル)の検討を行った。具体的なFBRリサイクル炉心の概念として重元素密度が高く増殖比と長期運転サイクルに対する高い可能性のある窒化物燃料を用いること、炉心自らの固体廃棄物の削減と燃料体積比を向上させ更なる高増殖比と長期運転サイクルを目指した燃料集合体のラッパ管を削減した開放型炉心をもつこと、開放型炉心の熱流動性能向上を目指し1287本の燃料ピンにより構成する比較的大型の集合体を用いること、さらに窒化物燃料の高熱伝導度とNaとの良好な共存性を活かし燃料の運転温度を比較的低温に保ち安全性を向上させたこと、を特徴とする「リサイクル炉心」概念を構築した。

口頭

ナトリウム冷却実用炉の燃料取扱設備の概念設計,1; 全体システムの検討

臼井 伸一; 近澤 佳隆; 此村 守; 戸澤 克弘*; 堀 徹*; 戸田 幹雄*; 池田 博嗣

no journal, , 

ナトリウム冷却実用炉に適合する燃料取扱システムの検討を行い、取扱設備の概念設計を行った。炉内燃料取扱設備については原子炉容器の小型化に適合する概念とするとともにその他設備についても簡素化した概念を取り入れ設備全体の合理化を図った。

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