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論文

A Conceptual design study of pool-type sodium-cooled fast reactor with enhanced anti-seismic capability

久保 重信; 近澤 佳隆; 大島 宏之; 内田 昌人*; 宮川 高行*; 衛藤 将生*; 鈴野 哲司*; 的場 一洋*; 遠藤 淳二*; 渡辺 収*; et al.

Mechanical Engineering Journal (Internet), 7(3), p.19-00489_1 - 19-00489_16, 2020/06

日本におけるNa冷却高速炉の炉型選択の幅を広げ、国際協力のメリットを追求する観点から、本研究では、第4世代炉の安全設計クライテリア及びガイドラインを満足し、かつ地震条件等の我が国特有の環境条件への適合性を有するタンク型の設計概念の構築を進めていた。電気出力を650MWeとし、高速増殖炉サイクルシステムの実用化戦略調査研究及び実用化研究開発を通じて開発された先進ループ型のJSFRの技術及び福島第一原子力発電所事故の教訓を踏まえた安全向上技術等を反映して原子炉構造概念を構築するとともに、耐震性と耐熱性に関する評価を実施した。

論文

A Conceptual design study of pool-type sodium-cooled fast reactor with enhanced anti-seismic capability

久保 重信; 近澤 佳隆; 大島 宏之; 内田 昌人*; 宮川 高行*; 衛藤 将生*; 鈴野 哲司*; 的場 一洋*; 遠藤 淳二*; 渡辺 収*; et al.

Proceedings of 27th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-27) (Internet), 8 Pages, 2019/05

日本におけるNa冷却高速炉の炉型選択の幅を広げ、国際協力のメリットを追求する観点から、本研究では、第4世代炉の安全設計クライテリア及びガイドラインを満足し、かつ地震条件等の我が国特有の環境条件への適合性を有するタンク型の設計概念の構築を進めていた。電気出力を650MWeとし、高速増殖炉サイクルシステムの実用化戦略調査研究及び実用化研究開発を通じて開発された先進ループ型のJSFRの技術及び福島第一原子力発電所事故の教訓を踏まえた安全向上技術等を反映して原子炉構造概念を構築するとともに、耐震性と耐熱性に関する評価を実施した。

論文

Seismic evaluation for a large-sized reactor vessel targeting SFRs in Japan

内田 昌人*; 宮川 高行*; 堂崎 浩二*; 近澤 佳隆; 久保 重信; 早船 浩樹; 鈴野 哲司*; 深沢 剛司*; 神島 吉郎*; 藤田 聡*

Proceedings of 2018 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2018) (CD-ROM), p.380 - 386, 2018/04

近年開発における第4世代炉であるSFRについては、プール型の開発が主流であることはよく知られている。一般に、プール型は主要な一次系機器を原子炉容器に内包するよう炉心周辺に配置することから、ループ型に比べて原子炉容器径が相対的に大きくなる。また、実用炉への展開の観点からは、大出力化がターゲットとなり、原子炉容器径は更に大きくなり、ナトリウム冷却材インベントリの増加により更に重量化する。本紙では、大型化の観点から原子炉容器の直径をパラメータとして、座屈を防止するための耐震設計と耐熱設計の見通しについて述べる。加えて、大型容器の座屈損傷に対する余裕を確保するため、対策として有効な免震装置について提案する。

報告書

Na冷却炉設計研究; 平成16年度成果概要(共同研究)

菱田 正彦; 村上 勤*; 木曽原 直之; 藤井 正; 内田 昌人*; 早船 浩樹; 近澤 佳隆; 臼井 伸一; 池田 博嗣; 宇野 修; et al.

JAEA-Research 2006-006, 125 Pages, 2006/03

JAEA-Research-2006-006.pdf:11.55MB

実用化戦略調査研究フェーズIにおいて、経済性目標を初めとする設計要求を満足する可能性のある有望なNa冷却炉概念として、アドバンスト・ループ型炉が抽出された。フェーズIIでは、合理化検討とプラント概念の構築を行ってきている。本報告書は、フェーズIIの4年目である平成16年度に実施したNa冷却炉設計研究の成果をまとめたものである。本研究では、平成15年度の中間評価結果でレファレンス概念に選定された改良内部ダクト型燃料集合体及び直管型密着2重管蒸気発生器(SG)を反映して、炉心設計及び大型炉プラント概念設計を行った。本SGについては、安全ロジックを含めた検討を実施し、構造概念を構築した。また、保守・補修方針に適合したプラント概念設計を行った。さらに、要素技術開発成果の反映による成立性評価の高度化,各種バックアップ概念の構築を行ったほか、BOP及びNSSSについて、原子力級部材の適用除外,自主基準化,規制緩和などによる設計合理化,システム化規格の検討状況を踏まえ、さらなる合理化方策も検討した。今後は、フェーズIIのまとめとしてプラント概念の仕上げを行うとともに設計方針類の整備を行う。また、要素研究成果を反映し、残された技術課題の検討を行う。

論文

Component function of self actuated shutdown system in the experimental fast reactor JOYO

高松 操; 関根 隆; 内田 昌人*; 原田 清*

Proceedings of 13th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-13), 0 Pages, 2005/05

高速増殖炉(FBR)のさらなる安全性向上を目的に、キュリー点電磁石を用いた自己作動型炉停止機構(SASS: Self Actuated Shutdown System)の開発を進めている。本炉停止機構の試験装置を高速実験炉「常陽」に設置し、MK-III炉心第1、2サイクルにおいて、その機能を確認するとともに、保持安定性を実証した。

論文

Construction of Sodium-cooled Medium-scale Modular Reactor in Consideration of In-service Inspection and Repair

菱田 正彦; 此村 守; 内田 昌人; 飯塚 透*; 神島 吉郎*

Proceedings of 2005 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '05) (CD-ROM), P. 5112, 2005/05

JNCは、1990年に実用化戦略調査研究(FS)を開始している。ここでは、2015年までに実用化が見込める革新的技術を採用することとして、ナトリウム冷却大型炉(JSFR)及び大型炉を基に中型モジュール炉(M-JSFR)を構築し、それぞれ開発目標(建設単価20万円/kWe)を達成できることを確認している。この開発目標達成のため、JSFRでは、12Cr鋼採用による機器・配管のコンパクト化、2ループ化、安全系局限化、再臨界回避概念を採用している。M-JSFRでは、スケールデメリットを回避するため、モジュール化、2次系1ループ化を図っている。これらの概念は、Gen-Ⅳの有望な候補である。このM-JSFRに対し、Naの弱点克服を目指し、Na漏えい対策としてNa漏えい時の影響の局限化を目的として保守・補修性の向上を図った概念を検討した。そのため、軽水炉のISI方針に立脚しつつ、M-JSFRの特徴を反映して見直しを行うことにより、軽水炉と同等レベルのISI方針案を構築し、ISI対象部位を設定した。さらに、摘出された主要な部位についてISI方法を設定し、ISI性を向上させたプラント概念を検討した。また、プラント全体の補修方針を構築し、主要な部位について補修方法を設定した。そして、保守・補修性を向上させることによるプラントへの影響を評価した。その結果、保守・補修性向上策を考慮したプラント建設費は、主に原子炉容器径の拡大により約3%増加する。

報告書

Na冷却大型炉設計研究

村上 勤; 菱田 正彦; 木曽原 直之; 早船 浩樹; 堀 徹; 藤井 正; 内田 昌人; 近澤 佳隆; 宇野 修; 三枝 利家; et al.

JNC-TY9400 2004-014, 78 Pages, 2004/07

JNC-TY9400-2004-014.pdf:7.97MB

本報告書は、平成15年度に実施したNa冷却大型炉設計研究の成果をまとめたものである。平成15年度の設計研究では、平成14年度に成立性に係わる課題としてあげられていた安全性、構造健全性及び熱流動に関する成立性評価を行い、その結果に基づきNa冷却大型炉のプラント概念を見直した。また、フェーズⅡの中間評価を行うために、経済性評価、開発目標に対する達成度等を評価し、中間とりまとめに必要なデータを整備した。

報告書

Na冷却中型モジュール炉設計研究

菱田 正彦; 村上 勤; 木曽原 直之; 藤井 正; 内田 昌人; 早船 浩樹; 近澤 佳隆; 堀 徹; 三枝 利家; 宇野 修; et al.

JNC-TY9400 2004-012, 97 Pages, 2004/07

JNC-TY9400-2004-012.pdf:12.55MB

プラント概念構築として、平成14年度に構築したプラント全体概念(単機出力75万kWeの4モジュール構成)に基づいて、高内部転換型炉心、直管2重管蒸気発生器、EVST方式燃料取扱設備を採用した機器設計を行い、プラント全体概念を具体化した。概念の構築にあたっては、Na弱点克服のための方策検討、軽水炉並のISI&Rの検討も実施した。更に、成立性評価として、構築した中型モジュール炉に対して、主要な事象の安全評価を実施するとともに、構造健全性及び熱流動に関する主要な課題、特に、直管2重管SG及びPRACSを内蔵するIHX上部プレナムの製作性、構造健全性等の評価を行い、中型モジュール炉概念の成立性見通しを得た。また、フェーズIIの中間評価を行うため、経済性評価、開発目標に対する達成度等を評価し、中間とりまとめに必要なデータを作成した。

報告書

高速増殖炉サイクルの実用化戦略調査研究フェーズII中間報告; 原子炉プラントシステム技術検討書

此村 守; 小川 隆; 岡野 靖; 山口 浩之; 村上 勤; 高木 直行; 西口 洋平; 杉野 和輝; 永沼 正行; 菱田 正彦; et al.

JNC-TN9400 2004-035, 2071 Pages, 2004/06

JNC-TN9400-2004-035.pdf:76.42MB

ナトリウム冷却炉、鉛ビスマス冷却炉、ヘリウムガス冷却炉及び水冷却炉について、革新技術を導入し炉型の特徴を活かした炉システム概念を構築し、その概念の成立の見通しを得るための検討を行うとともに、設計要求への適合性を評価した。その結果、2015年頃に高速増殖炉技術を実用化するためには、現状の知見で課題とされた項目で画期的な技術革新がないかぎり、ナトリウムを冷却材して選択することが合理的であることが明らかとなった。

報告書

Na冷却中型モジュール炉設計研究 (研究報告)

木曽原 直之; 菱田 正彦; 新部 信昭; 堀 徹; 藤井 正; 内田 昌人; 近澤 佳隆; 三枝 利家; 宇野 修; 惣万 芳人; et al.

JNC-TY9400 2003-015, 103 Pages, 2003/09

JNC-TY9400-2003-015.pdf:6.39MB

実用化戦略調査研究フェーズIにおいて、経済性目標を初めとする設計要求を満足する可能性のある有望なNa冷却中型モジュール炉概念として、アドバンスト・ループ型炉が抽出された。本報告書は、フェーズIIの2年目である平成14年度に実施したNa冷却中型モジュール炉設計研究の成果をまとめたものである。大型炉において採用したコストダウン方策及び共用効果を取込んだ平成13年度の設計結果では経済性目標である建設コスト20万円/kWeをわずかに下回り、目標を達成したものの、その達成度に余裕はない。そのため、更なるコストダウンを目指して平成13年度の成果に基づきNa冷却中型モジュール炉概念の再構築を行った。再構築に際し、モジュールあたりの電気出力を50万kWeから75万kWeに上昇させ、モジュール数を3から2に変更した。また、崩壊熟の除去を完全自然循環でできる特徴を生かして非常系の電気設備容量を極小とし、小型ガスタービンを採用した。この再構築したプラント概念について設備・機器の具体化を進めるとともに、成立性評価及び経済性評価を実施した。その結果、経済性目標を満足し、概念成立性に関する基本的な見通しを有するNa冷却中型モジュール炉のプラント概念を構築した。また、経済性向上の可能性を有する2次系簡素化プラントの検討、電磁ポンプを2次系に使用した場合の検討、燃料取扱設備の検討も行った。今後は、要素試験の成果等を適宜反映しつつ予備的概念設計を進め、プラント基本概念を明確化するとともに、概念成立性の見通し、経済性目標達成見通しを確たるものとして行く計画である。

報告書

Na冷却大型炉設計研究(研究報告)

木曽原 直之; 菱田 正彦; 新部 信昭; 堀 徹; 藤井 正; 内田 昌人; 近澤 佳隆; 三枝 利家; 宇野 修; 惣万 芳人; et al.

JNC-TY9400 2003-014, 52 Pages, 2003/09

JNC-TY9400-2003-014.pdf:3.12MB

本報告は、実用化戦略調査研究フェーズIIの2年目である平成14年度に実施したNa冷却大型炉設計研究の成果をまとめたものである。平成14年度の設計研究では、平成13年度の成立性に係わる課題としてあげられていた安全性、構造健全性及び熱流動に関する成立性評価を行い、その結果に基づきNa冷却大型炉のプラント概念を見なおした、主要設備の基本仕様を明確化し、経済性評価を実施した。 本研究の結果、経済性目標(建設コスト20万円/kWe以下、等)を満足し、概念成立性に関する基本的な見通しを有するNa冷却大型炉のプラント概念が構築された。

報告書

ナトリウム冷却炉の検査・補修技術に関する検討

木曽原 直之; 内田 昌人; 此村 守; 笠井 重夫; 惣万 芳人; 島川 佳郎; 堀 徹; 近澤 佳隆; 宮原 信哉; 浜田 広次; et al.

JNC-TN9400 2003-002, 109 Pages, 2002/12

JNC-TN9400-2003-002.pdf:8.12MB

FBRの冷却材であるナトリウムは、伝熱性能や材料との共存性などの観点で様々な利点を有しているが、化学的に活性で水や空気と反応しやすいことや、光学的に不透明であることからNa機器の検査が困難であるなどNa固有の課題がある。この様なNaの欠点は実用化プラントにおいても、安全性や稼働率などの経済性に影響を及ぼす可能性があるため、これらの課題が顕在化しないように対策を講じておかなければならない。したがって、蒸気発生器(SG)伝熱管破損によるNa/水反応、Na機器の検査・補修(ISI&R)及び配管・機器からのNa漏えいの3つに着目し、実用化炉の観点で検討を行うワーキング・グループを発足させた。 SG水リークについては、経済性(財産保護や稼働率)の観点で破損伝播に対する取り組み方針の考え方を整理した。この結果SGが大型化していることから水リーク事故から破損領域を極限化し、SG伝熱管を保護するための方策を採用した。予備的な解析の結果、リーク検出系などの水リーク対策設備を高度化することで大型SGにおいても破損伝播を抑制できる見通しが得られた。今後は、詳細な破損伝播解析による評価や水リーク対策設備高度化方策の技術的実現性の検討を行う予定である。 ISI&Rについては、実用化炉の検査・補修の考え方について先行炉のそれと比較し、整理を行った。また、Naドレンなしでの検査・補修の可能性についても検討し、開発要素が多いことが明らかになった。今後は実用化炉としての特徴を踏まえて検査・補修の考え方を検討し、その上で必要となる技術の達成方策を明らかにする。Na漏えいについては、1次系及び2次系機器からのNa漏えい事故に対する取り組み方針について考え方をまとめた。そして、稼働率低下防止の観点からNa漏えい後の早期補修の具体的方法について2次系Na主配管を対象とし、2重構造の特殊性を踏まえた検討を行い、課題を摘出した。今後は先行炉の配管補修も参考とし、漏えい箇所に応じたより詳細な補修方法を検討する必要がある。さらにACS伝熱管やポンプなどの機器からの漏えい、および1次系Na漏えい事故の対応など引き続いて検討をしていく。

報告書

Na冷却大型炉設計研究

島川 佳郎; 新部 信昭; 堀 徹; 藤井 正; 木曽原 直之; 内田 昌人; 近澤 佳隆

JNC-TY9400 2002-007, 62 Pages, 2002/05

JNC-TY9400-2002-007.pdf:3.62MB

実用化戦略調査研究フェーズIにおいて、 経済性目標を初めとする設計要求を満足する可能性のある有望なNa冷却大型炉概念として、アドバンスト・ループ型炉が抽出された。本研究のフェーズIIでは、アドバンスト・ループ型炉をベースとしたNa冷却大型炉の予備的な概念設計を進め、実用炉としての魅力と優位性を持ったプラント概念に仕上げ、フェーズII終了時の候補概念の絞込みに供する計画である。本資料は、フェーズII初年度に当たる平成13年度に実施したNa冷却大型炉設計研究の成果をまとめたものである。平成13年度の設計研究では、アドバンスト・ループ型炉をベースにNa冷却大型炉のプラント概念を構築し、主要設備の基本仕様を設定した。また、安全性、構造健全性及び熱流動に関する成立性評価を行って概念成立性を検討するとともに、運転・保守補修性の検討、経済性評価等を実施した。 本研究の結果、経済性目標(建設コスト20万円/KWe以下、等) を満足し、概念成立性に関する基本的に見通しを有するNa冷却大型炉のプラント概念が構築された。今後は、要素試験の成果等を適宜反映しつつ予備的概念設計を進め、プラント基本概念を明確化するとともに、概念成立性の見通し、経済性目標達成見通しを確たるものとして行く計画である。

報告書

Na冷却中型モジュール炉設計研究

島川 佳郎; 新部 信昭; 堀 徹; 藤井 正; 木曽原 直之; 内田 昌人; 近澤 佳隆

JNC-TY9400 2002-006, 94 Pages, 2002/05

JNC-TY9400-2002-006.pdf:4.66MB

実用化戦略調査研究フェーズIにおいて、 経済性目標を初めとする設計要求を満足する可能性のある有望なNa冷却中型モジュール炉概念として、アドバンスト・ループ型炉が抽出された。本研究のフェーズIIでは、アドバンスト・ループ型炉をベースとしたNa冷却中型モジュール炉概念の予備的な概念設計を進め、実用炉としての魅力と優位性を持ったプラント概念に仕上げ、フェーズII終了時の候補概念の絞込みに供する計画である。本資料は、フェーズII初年度に当たる平成13年度に実施したNa冷却中型モジュール炉設計研究の成果をまとめたものである。フェーズI で構築したNa冷却中型モジュール炉概念は、その建設コストがNa冷却大型炉に比べて約10% 高かったことから、平成13年度の設計研究では、アドバンスト・ループ型炉をベースに新たな合理化アイデアを盛り込み、経済的に大型炉に匹敵し得ると考えられる中型モジュール炉概念を再構築した。また、再構築した概念について主要設備の基本仕様を設定し、安全性、構造健全性及び熱流動に関する成立性評価を行って概念成立性を検討するとともに、運転・保守補修性の検討、経済性評価等を実施した。本研究の結果、経済性目標(建設コスト 20万円/KWe以下、等) を満足し、概念成立性に関する基本的に見通しを有するNa冷却中型モジュール炉のプラント概念が構築された。今後は、要素試験の成果等を適宜反映しつつ予備的概念設計を進め、プラント基本概念を明確化するとともに、概念成立性の見通し、経済性目標達成見通しを確たるものとして行く計画である。

口頭

タンク型SFRの大型原子炉容器に関する適用性の予備的検討,1; 耐震評価

内田 昌人*; 堂崎 浩二*; 鈴野 哲司*; 深沢 剛司*; 早船 浩樹; 加藤 篤志

no journal, , 

タンク型のナトリウム冷却高速炉(SFR)の原子炉容器について、国内軽水炉サイト相当の地震条件を用いて耐震性の検討を行い、大型化に伴う原子炉容器の座屈に対する必要肉厚と水平免震装置から3次元免震装置に変更した場合の耐震性向上の程度を明らかにした。

口頭

ループ型SFRの主要機器概念の検討

近澤 佳隆; 久保 重信; 早船 浩樹; 島川 佳郎*; 鵜澤 将行*; 宮川 高行*; 内田 昌人*

no journal, , 

FaCTの検討対象としてきたループ型の次世代ナトリウム冷却高速炉をベースとして、開発負荷の低減及び国際協力の活用を考慮して構成機器を見直したループ型炉の概念を検討した。

口頭

タンク型SFRの主要機器概念の検討

宮川 高行*; 内田 昌人*; 島川 佳郎*; 鵜澤 将行*; 近澤 佳隆; 久保 重信; 早船 浩樹

no journal, , 

日仏協力を活用した今後の我が国高速炉開発に向けて、検討の初案となるプラント概念が必要である。そのため、仏実証炉プロジェクトASTRIDと同出力規模のタンク型炉について、暫定的な仕様設定に基づいて主要機器等の概念を検討した。

口頭

3次元CFD解析によるナトリウム冷却炉のガス巻込み対策構造の効果確認

中村 博紀*; 内田 昌人*; 早川 教*; 的場 一洋*; 渡辺 収*; 小野田 雄一; 田中 正暁

no journal, , 

600MWe級のタンク型ナトリウム冷却高速炉における自由液面からのカバーガスの巻込みを防止するため、その対策構造を検討するとともに、その効果を解析により評価した。まず対策構造としてリング状のバッフルプレート(BP)の原子炉容器壁への設置を検討した。このBPの幅及び設置深さをパラメータとしたCFD解析を実施し、液面流速が最も遅くなる構造として幅0.8m、設置深さ2.2mを得た。この対策構造を設置した場合のガスコア長さをガス巻込み判定手法を用いて評価したところ、最大ガスコア長さは約4mとなり、対策構造無しのガスコア長さ約20mと比較すると大幅に低減し、対策構造の有効性が確認された。一方、評価されたガスコア長さは液面からIHX入口窓上端までの距離2.5mより長いため、ガスコアがIHX窓部に到達しガス巻込みを発生させる可能性がある。今後はより有効な対策構造の検討と、ガス巻き込み評価手法の精緻化を行う予定である。

口頭

タンク型SFRにおける地震時制御棒挿入性の検討

高野 和也; 加藤 篤志; 内田 昌人*; 村上 久友*

no journal, , 

ナトリウム冷却高速炉の制御棒は、制御棒案内管内において径方向に拘束されておらず、地震時に周辺構造物との相対変位が生じる。その相対変位に伴い制御棒案内管や制御棒駆動機構支持管といった周辺の原子炉内構造物と接触して3点支持拘束が発生し、地震時の制御棒挿入性に影響を及ぼすことが懸念される。これまで国内への適用性検討を行ってきた600MWe級のタンク型ナトリウム冷却高速炉の原子炉構造を対象に、地震時の制御棒相対変位量を評価し、3点支持拘束が発生する相対変位量と比較することで、地震時の制御棒挿入性について確認した。その結果、評価対象としたタンク型ナトリウム冷却高速炉における地震時の制御棒相対変位量は、主炉停止系及び後備炉停止系共に3点支持拘束が発生する相対変位量を下回り、地震時における3点支持拘束の発生を防止できる見通しが得られた。また、制御棒挿入性評価に対する裕度向上策を検討した。

口頭

タンク型SFRの炉内配管破損の解析

小野田 雄一; 内田 昌人*; 時崎 美奈子*; 岡崎 仁*

no journal, , 

タンク型SFRの設計基準事象の候補である炉内配管破損を対象に安全解析を行い、安全保護系信号の充足性について確認した。初期出力状態(定格,部分出力)、反応度フィードバックの不確かさ等、影響が大きいと考えられるパラメータについて複数の感度解析を行った結果、開発ターゲットとして暫定している安全保護系信号の目標(炉内配管破損に対し複数信号確保)を満足できる見通しを得た

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