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Longhurst, G. R.*; 土谷 邦彦; Dorn, C.*; Folkman, S. L.*; Fronk, T. H.*; 石原 正博; 河村 弘; Tranter, T. N.*; Rohe, R.*; 内田 宗範*; et al.
Nuclear Technology, 176(3), p.430 - 441, 2011/12
被引用回数：13 パーセンタイル：68.51(Nuclear Science & Technology)金属ベリリウムは、核分裂炉や核融合炉の原子力分野で重要な材料の一つである。実際、核分裂炉では材料試験炉の反射体や減速材として、核融合炉では中性子増倍材として使用されている。一方、中性子照射環境下で使用された使用済ベリリウムは、
Co, 
Hなどの放射性核種が含まれるため、廃棄が困難である。さらに、米国では
Cや
Nbも含まれることから、クラスC廃棄物として扱われるようになった。本論文は、照射済ベリリウムの廃棄処分に関する課題、リサイクルへの提案をまとめたものである。
塙 善雄; 坪井 一明; 内田 宗範*; 鈴木 健*; 高橋 邦裕
JAEA-Technology 2009-078, 18 Pages, 2010/03
JAEA-Technology-2009-078.pdf:11.35MB
JMTRでは、中性子反射体枠としてベリリウムが使用されている。ベリリウム枠は、JMTR炉心部に3セクション(北,東及び西)で配置され、各セクションは7段のベリリウムブロックから構成されている。各ブロックはアルミニウム製ジョイントで結合され、キャプセルやベリリウムプラグが枠内側に装荷されている。1968年に初臨界を達成してから、これまでに6回ベリリウム枠が取り替えられ、現在、7番目のベリリウム枠を製作している。交換は、2010年春に計画されている。ベリリウム枠の設計では、スウェリングによる曲がりを少なくするように変更され、寿命が改善された。製作手順は、品質を保証するために厳しく制御されている。スウェリングと放射化を最小限にするために化学組成を指定しなければならない。ベリリウムはとても脆いので、機械加工手順は注意深く制御されている。また、ベリリウムは毒性の材料なので、製作環境の制御も重要である。
土谷 邦彦; 星野 毅; 河村 弘; 三島 良直*; 吉田 直亮*; 寺井 隆幸*; 田中 知*; 宗像 健三*; 加藤 茂*; 内田 宗範*; et al.
Nuclear Fusion, 47(9), p.1300 - 1306, 2007/09
被引用回数：23 パーセンタイル：61.24(Physics, Fluids & Plasmas)原型炉用増殖ブランケット開発の一環として、「高温・高照射環境に耐えうる先進トリチウム増殖材料及び中性子増倍材料」の開発における最近の成果を本論文にまとめた。トリチウム増殖材料については、少量(約1mol%)の酸化物(CaO等)を添加したチタン酸リチウム(Li
TiO
)に着目し、1000
Cまでの結晶粒成長の抑制が可能であること、熱伝導が無添加LiTiOと同程度であること、水素によるTiの還元を抑制が可能であること等が明らかになった。中性子増倍材料については、Be-Ti合金に着目し、1000Cにおける比強度が約200MPaと高いこと、第1候補材料であるベリリウムに比べて、F82H鋼との両立性が良いこと、乾燥空気中1000Cにおいても高い耐酸化特性を有していること、1%の水蒸気を含んだアルゴンガス雰囲気中における水素生成速度が1/1000以下になること、水素同位体のインベントリーが非常に小さいこと等を明らかにした。これらの知見により、少量の酸化物を添加したLiTiO,ベリリウム金属間化合物(Be
Ti等)を含んだベリリウム合金の良好な特性が明らかになり、原型炉用増殖ブランケットの開発に明るい見通しを得た。
三島 良直*; 吉田 直亮*; 河村 弘; 石田 清仁*; 波多野 雄治*; 柴山 環樹*; 宗像 健三*; 佐藤 芳幸*; 内田 宗範*; 土谷 邦彦; et al.
Journal of Nuclear Materials, 367-370(2), p.1382 - 1386, 2007/08
被引用回数：28 パーセンタイル：85.23(Materials Science, Multidisciplinary)高い発電効率を目指した核融合原型炉ブランケットに必要な「高温・高照射量に耐えうる先進機能材料であるベリリウム金属間化合物の開発」を全日本規模の産学官連携で実施し、平成16
17年度に得られた新たな結果と今後の研究開発計画についてまとめた。その結果、Be-Ti合金は既存の中性子増倍材料であるベリリウム金属と比較して、構造材料(F82H)等との両立性が良いこと、トリチウムインベントリーが小さいことなどの優れた特性を有することを明らかにした。
土谷 邦彦; 星野 毅; 河村 弘; 三島 良直*; 吉田 直亮*; 寺井 隆幸*; 田中 知*; 宗像 健三*; 加藤 茂*; 内田 宗範*; et al.
Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/03
原型炉用増殖ブランケットに必要な「高温・高照射環境に耐えうる先進トリチウム増殖材料及び中性子増倍材料」の開発を全日本規模の産学官連携のもとで実施した。それらの開発に関する最近の成果について報告する。トリチウム増殖材料に関しては、LiTiOに酸化物を添加した材料の開発を行い、少量(約1mol%)の酸化物(CaO等)を添加することで、水素を添加したスイープガス中でもTiの還元を抑制することができる材料の開発に成功した。中性子増倍材料に関しては、ベリリウム金属間化合物であるBeTiに着目し、各種特性を定量的に評価し、比強度が高いこと、高い耐酸化特性を有していること、1%の水蒸気を含んだアルゴンガス雰囲気中における水素生成速度が1/1000以下になることなどを明らかにした。以上の知見により、原型炉用増殖ブランケットの開発に明るい見通しを得た。
土谷 邦彦; 河村 弘; 三島 良直*; 吉田 直亮*; 田中 知*; 内田 宗範*; 石田 清仁*; 柴山 環樹*; 宗像 健三*; 佐藤 芳幸*; et al.
プラズマ・核融合学会誌, 83(3), p.207 - 214, 2007/03
原型炉用増殖ブランケットに必要な「高温・高照射に耐えうる先進中性子増倍材料」の開発について、ベリリウム金属間化合物であるBeTi等に着目し、各種特性(機械的特性,化学的特性,照射特性等)及び微小球製造技術開発を全日本規模の産学官連携のもとで実施している。この先進中性子増倍材料の開発における最近の成果について紹介する。
土谷 邦彦; 内田 宗範*; 河村 弘
Fusion Engineering and Design, 81(8-14), p.1057 - 1063, 2006/02
被引用回数：11 パーセンタイル：59.56(Nuclear Science & Technology)核融合原型炉の中性子増倍材料として期待されているBe-TiやBe-Vのようなベリリウム系合金は、高温で使用可能で化学的安定な先進材料として注目されている。そこで、ベリリウム系合金(Be-Ti)と構造材料(SS316LN)との両立性試験を行い、その両立性及び反応素過程について調べた。Be-Ti系合金としては、BeTi相と
Be相が共存するBe-5at%Ti及びBe-7at%Tiを用いた。接触面のX線回折の結果、反応生成物はBeNi及びBeFeであった。SEM観察の結果、2種類のBe-Tiとも、800C
1000時間の反応層厚さは100
m程度と、Be単体(反応層厚さ:約300m)と比較して小さく、これらのBe-Ti系合金が良好な両立性を有することを明らかにした。この結果、BeTi相とBe相が共存するBe-Ti系合金は、高温での両立性に良好な特性を有することが示された。
河村 弘; 土谷 邦彦; 三島 良直*; 吉田 直亮*; 宗像 健三*; 石田 清仁*; 波多野 雄治*; 柴山 環樹*; 佐藤 芳幸*; 内田 宗範*; et al.
INL/EXT-06-01222, p.1 - 7, 2006/02
高い発電効率を目指した原型炉用高温発電ブランケットに必要な「高温・高照射量に耐えうる先進的機能材料であるベリリウム金属間化合物開発」を全日本規模の産学官連携で実施し、平成1617年度に得られた新しい結果と今後の開発についてまとめた。その結果、BeTiは既存のベリリウム金属と比較して、構造材料等との両立性が良いこと、スエリングが小さいこと、トリチウムインベントリが小さいことなどの優れた特性を有することを国内での産学官連携により明らかにした。
三島 良直*; 吉田 直亮*; 河村 弘; 土谷 邦彦; 岩立 孝治*; 内田 宗範*
工業材料, 54(1), p.46 - 47, 2006/01
ベリリウムの金属間化合物を核融合炉やガスタービンに応用することにより、高効率化を目指す「高温・高照射量に耐えうる先進的機能材料の開発」が注目されている。本稿は、国内の産学官連携で行っているベリリウム金属間化合物の研究の現状を解説するとともに、この化合物利用の波及効果や今後の課題について紹介する。
Hegeman, J. B. J.*; Van der Laan, J. G.*; 河村 弘; M
slang, A.*; Kupriyanov, I.*; 内田 宗範*; 林 君夫
Fusion Engineering and Design, 75-79, p.769 - 773, 2005/11
被引用回数：26 パーセンタイル：83.63(Nuclear Science & Technology)ベリリウム(Be)のペブルベッドの寸法変化やトリチウム保持挙動に関する照射挙動を研究するため、オランダPettenの照射試験炉HFRによるベリリウム(Be)の高線量照射試験が、ヘリウム冷却ペブルベッド(HCPB)開発のための欧州計画の枠内で行われる予定となっている。原型炉でのBeのスエリング,クリープ,トリチウム・インベントリ,トリチウムの吸脱着メカニズム,熱機械的モデル等を研究するには、高線量照射が必要である。このBe高線量照射(HIDOBE)は、He生成量6000appm,温度400-800Cで行われる。本論文は、照射の現状,核的及び照射パラメータ,Beの材料パラメータ、すなわち試験マトリックスについて発表するものである。材料の一部は、IEA協定を通じて、日本及びロシアから供給されたものである。なお、本発表は、IEA協定(核融合炉材料の照射損傷に関する研究開発計画)の附属書2に基づいて実施された研究の成果に関するものである。
宗像 健三*; 河村 弘; 内田 宗範*
Journal of Nuclear Materials, 329-333(Part2), p.1357 - 1360, 2004/08
被引用回数：16 パーセンタイル：69.25(Materials Science, Multidisciplinary)先進中性子増倍材料として期待されているBeTiについて、LOCA時の安定性に大きな影響を与える水蒸気との反応性について研究した。HIPで製作したBeTiについて、反応管内において水蒸気を含むArガスを流入して1000Cまで加熱して生成する水素ガス濃度を質量分析計により測定した。BeTiは500Cから水蒸気と反応を開始したが、その生成速度はBeに比べて10
以下であり、1000CまでBeに典型的なブレークアウェイは観察されなかったことから、BeTiは優れた水蒸気に対する安定性を有することを明らかにした。
河村 弘; 高橋 平七郎*; 吉田 直亮*; 三島 良直*; 石田 清仁*; 岩立 孝治*; Cardella, A.*; Van der Laan, J. G.*; 内田 宗範*; 宗像 健三*; et al.
Journal of Nuclear Materials, 329-333(1), p.112 - 118, 2004/08
被引用回数：37 パーセンタイル：89.26(Materials Science, Multidisciplinary)ベリウム金属間化合物研究の現状と今後の研究計画について紹介する。ベリリウム金属間化合物が、微小球形状の中性子増倍材料として利用できるか否かを明らかにするため、低放射化性等の利点を有するBeTiを用いた研究が1997年から日本で開始された。まず、回転電極法による微小球製造性に関しては、BeとTiの状態図研究から開始し、組成と組織の相関を明らかにした。それらの結果から、回転電極法で製造するために必要な電極棒の製造方法として、(1)BeとBeTiの固溶体を用いる方法と(2)BeTiとBe
Tiの固溶体を用いる方法を選定し、(1)の方法により試作試験を行った。その結果、微小球が得られることが明らかになった。さらに、BeTiの核的特性や各種特性評価を行った。それらの結果から、Be金属に比べて、トリチウムのインベントリーが小さく、構造材料やトリチウム増殖材料との両立性も優れており、水蒸気や空気中における化学反応性も小さいことが明らかになった。また、加速器を用いた照射損傷試験の結果、Be金属よりも照射損傷を受けにくいことが明らかになった。今後は、IEA国際協力の元、ヘリウムがベリリウム金属間化合物中に6000appm生成するまで中性子照射を行い、スエリング特性等を明らかにする予定である。
山田 弘一*; 河村 弘; 土谷 邦彦; 石塚 悦男; 内田 宗範*; 圷 陽一; 本木 良蔵; 渡辺 渡; 平田 省吾*
JAERI-Tech 2004-036, 138 Pages, 2004/03
JAERI-Tech-2004-036.pdf:4.07MB
本報告書は、核融合炉ブランケット材料の照射後特性試験施設を設置するにあたり、施設概念を明らかにし、施設整備の第一段階である材料試験を行うための「トリチウム増殖関連材料実験設備」を焦点にして検討を行ったものである。核融合炉ブランケット研究開発を進めるために、37TBq(1000Ci)規模のトリチウムと
線源を同時に有する試料の照射後試験を非密封で行える施設が必要である。そこで、本報告書では、合理的な照射後試験施設整備を進めるための検討の一環として、既存施設を有効利用して施設整備を行う場合を想定し、具体的に検討すべき項目やその内容についてのモデルケースをまとめた。具体的な既存施設としては、大洗研究所内に既存のRI利用開発棟施設を取り上げ、本施設への改造整備方法について検討を行った。
宗像 健三*; 河村 弘; 内田 宗範*
JAERI-Conf 2004-006, p.210 - 215, 2004/03
核融合ブランケット用中性子増倍材料として検討されているBeTiについて、安全性に影響を与える水蒸気反応性について評価した。BeTiディスクは白金製メッシュで石英反応管内に保持された。水蒸気濃度を調整したArガスを流しながら1000Cまで加熱を行い、生成する水素,酸素及び水蒸気の濃度を質量分析計で測定した。水蒸気との反応は500Cで開始され、1000Cで終了した。ベリリウム金属の水蒸気反応で観察されるブレークアウェイ現象は起こらず、水素の生成量も極めて小さかった。BeTiは水蒸気との反応が小さく、安全性の観点からメリットがあると言える。
石塚 悦男; 中道 勝*; 内田 宗範*; 河村 弘; 神永 勝男; 坪井 一明; 楠 秀彦
JAERI-Conf 2004-006, p.262 - 264, 2004/03
照射済ベリリウムの保管及び処理は、世界の試験研究炉において問題となっている。ベリリウムは貴重な資源であるため、その照射済ベリリウムのリサイクル手法を確立する必要がある。今回は、JMTRにおける照射済ベリリウムの反射体枠のリサイクルに関する予備的調査の結果について報告する。JMTRは、熱出力50MWd,1サイクル30日間で、年間6サイクル運転される。高速中性子束(E
1MeV)及び熱中性子束(E
0.6826eV)の最大値は約410
n/m
/sである。ベリリウム反射体枠は、約6, 7年ごとに交換が行われ(高速中性子照射量(E1MeV):約110
n/m)、現在まで4世代の照射済ベリリウム反射体枠がカナル内の水中で未処置のまま保管されている。今回は、これらカナルで保管されている照射済ベリリウム反射体枠の数量を確認し、放射化量等を調査した。また、塩素ガスを利用したリサイクルプロセスの可能性について考察するとともに、技術的な課題について検討した。
宇田 実*; 岩立 孝治*; 内田 宗範*; 山田 弘一*; 中道 勝*; 河村 弘
JAERI-Conf 2004-006, p.60 - 65, 2004/03
ITER遮蔽ブランケットの第一壁アーマ材料の候補であるベリリウム(Be)とヒートシンク材料の候補である銅合金(CuCrZr)を高温等法圧プレス(HIP)法で接合することが提案されている。本研究では、使用後のリサイクル性を向上させることを目的に開発された、中間層としてAlの箔とCrの蒸着層の複合層を用いたHIP接合体の熱サイクル特性を評価した。熱サイクル試験では、JMTRホットセル内の熱負荷試験装置(OHBIS)に試験体を装着して、電子ビームを照射し、試験体の表面温度,内部温度,外観及び接合部の変化を測定・観察することにした。表面熱負荷は5MW/cm、熱負荷時間は15秒として、最大1000サイクルまでの熱サイクルを与えた。その結果、開発された試験体は、1000サイクルまで良好に除熱性能を維持した。会議においては、実験結果の詳細及びHIP条件が熱サイクル特性に与える影響についても報告する。
Ti/(Be) and BeV/(Be) two-phase alloys三島 良直*; 山本 啓介*; 木村 好里*; 内田 宗範*; 河村 弘
JAERI-Conf 2004-006, p.184 - 189, 2004/03
脆性を有するBeXからなる結晶構造を有するベリリウム金属間化合物の室温延性を発現することを目的として、Be固溶体(相)を有するBe-Ti及びBe-V系におけるミクロ組織と機械的特性の関係について研究した。アーク溶製された試料について高温圧縮試験を実施した結果、3at%及び5at%TiあるいはVを添加した合金は室温で延性を示したものの、1000Cでの機械的強度は100MPa以下と小さくなったが改善の方向性を示した。
大沼 郁雄*; 貝沼 亮介*; 宇田 実*; 岩立 孝治*; 内田 宗範*; 河村 弘; 石田 清仁*
JAERI-Conf 2004-006, p.172 - 183, 2004/03
先進中性子増倍材料として期待されているベリリウム金属間化合物について、特にBe-Ti, Be-Vの2元系状態図について研究した。中性子増倍材料として実用可能な高Be側(Be-523at%Ti,Be-525at%V)の試料をアーク溶解法で作成し、12001450Cにて熱処理したものについて、電子プローブマイクロアナライザ(EPMA)を用いて生成する相を詳細に固定した。その結果、今まで不明であった特にBe-rich側での同系の状態図を明らかにした。
Ti electrode for pebble production by rotating electrode method宇田 実*; 岩立 孝治*; 内田 宗範*; 中道 勝*; 河村 弘
JAERI-Conf 2004-006, p.190 - 195, 2004/03
BeTiを活用した中性子増倍材料の実用化として、その延性を改善する手段としてBe相とBeTiの混合相を利用することは有効である。本法を用いて回転電極法に供する電極棒を真空誘導溶解と真空鋳造により試作試験を実施した。炉材の評価結果よりBeOが反応,損耗少なく良好であることを明らかにした。また、鋳型底部強度に冷却による鋳造欠陥改善効果も得られた。
岩立 孝治*; 内田 宗範*; 三島 良直*; 藤田 明次*; 河村 弘; Shestakov, V.*; 宮川 勝*
JAERI-Conf 2004-006, p.196 - 202, 2004/03
ベリライドは比重が約3であり、融点は1500C以上と軽量耐熱材料として優れた特徴を有する。これを発電用ガスタービンに適用できれば運転温度上昇によるCO削減などの効果が期待できる。BeTiをベースにした新材料の開発を日本ガイシ(株)が新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の委託を受けて国際プロジェクトとして実施した。製造技術開発として真空溶解による
80mm
80mmのインゴットを試作評価した。また、特性評価として、機械的特性,両立性,耐酸化性を評価し、従来材料であるインコネル738よりも優れることを明らかにした。
