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勝山 仁哉; 宇野 隼平*; 渡辺 正*; Li, Y.
Frontiers of Mechanical Engineering, 13(4), p.563 - 570, 2018/12
加圧水型原子炉(PWR)における原子炉圧力容器(RPV)の構造健全性評価において、加圧熱衝撃(PTS)事象時の荷重条件に影響する冷却水の熱水力挙動は重要な影響因子の1つである。機器の構成と寸法、運転員操作の時間が、冷却水の温度や流量、内圧等に大きく影響する。本研究では、運転員操作の時間がPTS事象中の熱水力挙動に及ぼす影響を調べるため、RPVや1次系及び2次系で構成された国内の代表的PWRプラントに対する解析モデルを整備し、システム解析コードRELAP5による熱水力解析を行った。日本と米国の規則に基づき、PTS事象が発生した後、日本の規則を参考に10分後、米国の規則を参考に30分後に、緊急炉心冷却系を止める運転員操作を想定した。その結果を用いて構造解析を行い、健全性評価における荷重条件評価も行った。以上の結果、運転員操作の時間の差異が熱水力挙動や荷重条件に大きな影響を及ぼし、日本の規則に従ったケースでは、米国のケースに比べてRPVの内圧が低下すること等を明らかにした。保守的な評価を行う観点から、米国の過渡事象は国内RPVの健全性評価に適用できることを示した。
石垣 将宏; 渡辺 正*
Proceedings of 12th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics, Operation and Safety (NUTHOS-12) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2018/10
2011年にOECD/ROSA-2プロジェクトの一環として自然循環実験を行った。事故時において蒸気発生器(SG)の2次側の冷却材を喪失した場合、異常側SGにおける循環が停止する可能性がある。実験では片側SGの2次側を空にし、健全側SGの2次側を階段状に減圧した際の自然循環挙動の計測を行った。本研究ではこのLSTFによる自然循環実験をTRACEコードにより解析を実施した。解析の結果、健全側ループの循環流量は実験よりもわずかに過小評価し、異常側ループの流量を過大評価した。さらに冷却率に対する自然循環挙動の感度解析も実施した。
渡辺 正*; 石垣 将宏*; 勝山 仁哉
Proceedings of 12th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics, Operation and Safety (NUTHOS-12) (USB Flash Drive), 9 Pages, 2018/10
LSTF及びPWRプラントに対する5%コールドレグ破断による冷却材喪失事故について、これらを対象とした解析モデルを整備し、RELAP5/MOD3.3コードを用いて解析を行った。臨界流モデルの放出係数は、LSTFに対する実験と解析の圧力過渡が一致するよう決定し、PWR解析にも適用した。その結果、解析結果は、LSTF実験に対する熱水力学的挙動をよく再現できることを示した。しかしながら、ループシールよる炉心における差圧の減少やループ流速は過小評価された。また、LSTF実験に対する解析ではボイルオフ中における炉心の加熱時間は長いものの、LSTFとPWRプラント間ではそれらはよく一致することから、スケーリング効果は小さいことも明らかとなった。
谷 教夫; 渡辺 泰広; 發知 英明; 原田 寛之; 山本 昌亘; 金正 倫計; 五十嵐 進*; 佐藤 洋一*; 白形 政司*; 小関 忠*
Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.708 - 711, 2016/11
J-PARC加速器の大強度化を進めるために、3GeV RCSの加速エネルギーを現在の3GeVから3.4GeVに増強する案が検討されている。そのため、3.4GeVを目指したRCS電磁石の検討が行われた。空間電荷効果の影響でRCSからの3GeV 1MWビームでは、MRの入射部でのビームロスが5%と大きい。入射ビームを3.4GeVにすると、ビームロスが1%程度となり、MRで1MWビームの受け入れが可能となる。四極電磁石の検討では、磁場測定データを基に評価が行われた。四極電磁石は、3.4GeVでも電源の最大定格値を超えないことから、電磁石・電源共に対応可能であることがわかった。しかし、偏向電磁石は、3次元磁場解析データから、3.4GeVでは飽和特性が5%以上悪くなった。電源についても、直流及び交流電源の最大定格が現電源と比べて15%及び6.2%超えており、現システムでは難しいことがわかった。このため、偏向電磁石については、既存の建屋に収まることを前提として、電磁石の再設計を行った。その結果、電源は直流電源の改造と交流電源の交換で実現可能となることがわかった。本論文では、RCS電磁石の出射エネルギー増強における検討内容及びその結果見えてきた課題について報告する。
宇野 隼平; 勝山 仁哉; 渡辺 正*; Li, Y.
Proceedings of 2016 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2016) (Internet), 8 Pages, 2016/07
加圧熱衝撃(PTS)事象中の加圧水型原子炉の原子炉圧力容器(RPV)の構造健全性評価には、冷却水の熱履歴及び冷却水とRPVの間の熱伝達係数が重要な影響因子である。これらの値は、現状の評価方法では、一次元のPTS事象の熱水力(TH)シミュレーション及びJackson-Fewsterの相関式により決定されている。その後、得られた値を用いた構造解析を行うことで、RPVの構造健全性に関する荷重条件が評価される。近年では、RPVの構造健全性のより精度のよい評価手法として、3次元のTH及び構造解析が可能になってきた。本研究では、PTS事象時の構造健全性に必要となる荷重条件を評価するため、コールドレグ、ダウンカマー及びRPVを模擬した3次元モデルを用いたTH解析を実施した。また、この結果を使用し、肉盛溶接及び溶接後熱処理による残留応力を考慮することで、構造解析により荷重条件を評価した。これらの解析により、RPVの原子炉炉心領域における三次元的な荷重条件の分布及び履歴が得られた。そして、PTS事象における現行の評価手法による荷重条件との比較を行うことにより、現行の評価手法の保守性を議論した。
冨澤 宏光*; 佐藤 尭洋*; 小川 奏*; 渡川 和晃*; 田中 隆次*; 原 徹*; 矢橋 牧名*; 田中 均*; 石川 哲也*; 富樫 格*; et al.
High Power Laser Science and Engineering, 3, p.e14_1 - e14_10, 2015/04
被引用回数：2 パーセンタイル：76.12(Optics)自由電子レーザー(FEL)は、共振器を使用しない自己増幅自発放射(SASE)方式を用いている。この方式では、自然放射光を種光としてレーザー発振・増幅するため、発振したレーザー光のスペクトルや時間波形がスパイク状構造になる欠点がある。この問題点を解決するために、短波長光源である高次高調波をFELにインジェクションし、スペクトルや時間波形にスパイク構造のないフルコヒーレント化された極端紫外領域(波長61.2nm)のシードFEL光の発生に成功した。しかしながら、外部からのコヒーレント光をシード光として用いる場合、電子バンチとシード光のタイミングドリフトにより、シードFEL光の出力ゆらぎが大きくなり、発生頻度も減少する問題がある。この問題点を解決するために、電気光学(Electro-Optic: EO)効果を利用したタイミングモニターを開発し、FEL装置の診断セクションに導入した。これにより、シードFEL光(波長61.2nm)の発生頻度が約0.3%から約25%に向上し、最大出力20
Jが得られた。また、検討中の水の窓領域でのシードFELについても報告する。
勝山 仁哉; 勝又 源七郎; 鬼沢 邦雄; 渡辺 正*; 西山 裕孝
Proceedings of 2014 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2014) (DVD-ROM), 9 Pages, 2014/07
本研究では、加圧熱衝撃(PTS)時の原子炉圧力容器(RPV)の荷重条件をより正確に評価するため、コールドレグ,ダウンカマー及びRPVの三次元モデルを作成し、熱水力解析及び熱構造解析を行った。これらにより、PTSに対する健全性評価で想定する軸方向き裂における周方向応力分布の時刻歴を求めた。この応力分布について、現行のRPVの健全性評価に係る国内規格の評価方法により得られる結果と比較を行った。
竹田 武司; 渡辺 正; 丸山 結; 中村 秀夫
NEA/CSNI/R(2013)8/PART2 (Internet), p.173 - 183, 2013/12
PWRの低温側配管で17%中口径破断冷却材喪失事故(IBLOCA)が生じたことを想定し、LSTFを用いたOECD/NEA ROSA-2プロジェクト実験を行い、ループシールクリアリングの前に高速の蒸気流に起因した気液対向流制限(CCFL)により上部プレナム、蒸気発生器の伝熱管上昇流側と入口プレナムに蓄水が見られ、炉心水位の急速な低下によりドライアウトが生じた。RELAP5/MOD3.2.1.2コードを用いた実験後解析では、炉心露出が実験より遅く生じたため、燃料被覆管表面温度を過小予測した。実験分析と実験後解析の結果に基づいて、炉心水位挙動や燃料被覆管表面温度に影響を及ぼす重要現象と関与するパラメータを抽出した。実験後解析の条件をBase Caseとして、熱水力最適評価手法の不確かさ要因を調べるための感度解析を行い、安全余裕の評価に際して考慮が必要なパラメータとして、炉心出口でのWallis型CCFL相関式の係数Cや炉心内気液相間摩擦は燃料被覆管表面温度に対する影響が大きいことを確認した。
佐藤 尭洋*; 岩崎 純史*; 大和田 成起*; 山内 薫*; 高橋 栄治*; 緑川 克美*; 青山 誠; 山川 考一; 富樫 格*; 深見 健司*; et al.
Journal of Physics B; Atomic, Molecular and Optical Physics, 46(16), p.164006_1 - 164006_6, 2013/08
被引用回数：2 パーセンタイル：80.5(Optics)自由電子レーザー(FEL)は、自己増幅自発放射方式を用いているため、発振したレーザー光のスペクトルや時間波形がスパイク状構造になる欠点がある。この問題点を解決するために、短波長光源である高次高調波をFELにインジェクションし、スペクトルや時間波形にスパイク構造のない極端紫外領域のシード型FELの研究開発を進めている。高次高調波を発生させるドライブレーザーである高出力フェムト秒・チタンサファイアCPAレーザーシステムは、これまで原子力機構で培ったレーザー技術を設計に活かし、レーザーシステムの構築を行った。そして、このドライブレーザーをXeガス中に集光して得られる13次高調波(波長61.7nm)、15次高調波(波長53.4nm)をシード光としてFELへインジェクションし、極端紫外領域でシード型FEL(波長61.2nm)の発振に世界で初めて成功した。また、シードFEL光のコントラスト比についても検討した。この結果について発表する。
小川 奏*; 佐藤 尭洋*; 松原 伸一*; 岡安 雄一*; 富樫 格*; 渡部 貴宏*; 高橋 栄治*; 緑川 克美*; 青山 誠; 山川 考一; et al.
Proceedings of 10th Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim and 18th OptoElectronics and Communications Conference and Photonics in Switching 2013 (CLEO-PR & OECC/PS 2013) (USB Flash Drive), 2 Pages, 2013/06
自由電子レーザー(FEL)は、共振器を使用しない自己増幅自発放射(SASE)方式を用いている。この方式では、自然放射光を種光としてレーザー発振・増幅するため、発振したレーザー光のスペクトルや時間波形がスパイク状構造になる欠点がある。この問題点を解決するために、短波長光源である高次高調波をFELにインジェクションし、スペクトルや時間波形にスパイク構造のないフルコヒーレント化された極端紫外領域(波長61.5nm)のシードFEL光の発生に成功した。しかしながら、外部からのコヒーレント光をシード光として用いる場合、電子バンチとシード光のタイミングドリフトにより、シードFEL光の出力ゆらぎが大きくなり、発生頻度も減少する問題がある。この問題点を解決するために、電気光学(Electro-Optic: EO)効果を利用したタイミングモニターを開発し、FEL装置の診断セクションに導入した。これにより、シードFEL光(波長61.2nm)の発生頻度が約0.3%から約24%に向上し、最大出力20Jが得られた。この結果について発表する。
富樫 格*; 高橋 栄治*; 緑川 克美*; 青山 誠; 山川 考一; 佐藤 尭洋*; 岩崎 純史*; 大和田 成起*; 山内 薫*; 原 徹*; et al.
Proceedings of Ultrafast Optics IX (CD-ROM), 2 Pages, 2013/03
自由電子レーザー(FEL)は、共振器を使用しない自己増幅自発放射(SASE)方式を用いている。この方式では、自然放射光を種光としてレーザー発振・増幅するため、発振したレーザー光のスペクトルや時間波形がスパイク状構造になる欠点がある。この問題点を解決するために、短波長光源である高次高調波をFELにインジェクションし、スペクトルや時間波形にスパイク構造のないフルコヒーレント化された極端紫外領域のシード型自由電子レーザーの研究開発を進めている。高次高調波を発生させるドライブレーザーである高出力フェムト秒・チタンサファイアCPAレーザーシステムは、これまで原子力機構で培ったレーザー技術を設計に活かし、レーザーシステムの構築を行った。そして、このドライブレーザーをXeガス中に集光して得られる13次高調波(波長61.2nm)をシード光としてFELへインジェクションし、極端紫外領域でシード型FEL(波長61.2nm)の発振に世界で初めて成功した。高次高調波のシーディングによりSASE方式特有のスパイク構造がなくなり、スムーズなスペクトルが得られた。
木野 千晶; 渡辺 正*; 西田 明美; 武宮 博
日本機械学会論文集,B, 78(796), p.2113 - 2126, 2012/12
流力振動現象のメカニズムに関する科学的知見を得るため、強制振動下における円柱周辺の流動解析を実施した。流体・構造連成手法としてはimmersed boundary法を用い、計算条件として換算流速において0から10の範囲を設定した。本解析を通じて、第一励振域においては、円柱後方に高圧領域が接触することから円柱に負の抗力が発生する瞬間が生じ、この負の抗力が流れ方向振動の励振力になることを示した。また、第二励振域においては時間平均された揚力が0に一致しない円柱振動条件が存在し、この現象が流れ垂直方向振動の励振力になることを示した。
竹田 武司; 渡辺 正; 中村 秀夫
Proceedings of 9th International Topical Meeting on Nuclear Thermal-Hydraulics, Operation and Safety (NUTHOS-9) (CD-ROM), 12 Pages, 2012/09
Effectiveness of SG depressurization as accident management measure for long-term core cooling in case of PWR 0.2% PV bottom small-break LOCA was investigated by a ROSA/LSTF experiment and parameter analyses with RELAP5/MOD3.2.1.2 code under total failure of HPI system. In the LSTF experiment, the primary depressurization rate of 55 K/h at both SGs and auxiliary feedwater (AFW) injection for 30 min resulted in rather slow primary depressurization due to non-condensable gas inflow. Core temperature excursion took place due to boil-off before actuation of LPI system. The LSTF experiment was analyzed to minimize the discrepancy in the calculated results from the test observations. A fast primary depressurization by fully opening SG relief valves would result in later core uncovery than in the 55 K/h rate case due to smaller loss rate of the primary coolant. Continuous AFW injection would be necessary for long-term core cooling by the LPI actuation without core heatup.
石垣 将宏; 渡辺 正; 中村 秀夫
Proceedings of OECD/NEA and IAEA Workshop on Experimental Validation and Application of CFD and CMFD Codes in Nuclear Reactor Technology (CFD4NRS-4) (CD-ROM), 11 Pages, 2012/09
本研究では、Super Moby Dickノズル(収縮-拡大ノズル)内における相変化を伴う二相臨界流をCFDコードFLUENTにより解析した。質量流量,圧力,ボイド率の計算結果を実験結果と比較することにより解析コードの性能評価を行った。相変化のシミュレーションを行うため、蒸発・凝縮モデルとともにキャビテーションモデルを適用した。管の軸方向の圧力差が小さい場合、質量流量の計算結果は実験結果とよく一致した。一方、圧力差が大きい場合、質量流量を過小評価した。また、壁からの発泡の効果を導入することにより、質量流量の計算結果が大きく改善されることがわかった。
岩崎 純史*; 佐藤 尭洋*; 大和田 成起*; 富樫 格*; 高橋 栄治*; 緑川 克美*; 青山 誠; 山川 考一; 松原 伸一*; 岡安 雄一*; et al.
Proceedings of International Conference on Ultrafast Phenomena 2012 (UP 2012) (Internet), 3 Pages, 2012/07
パーセンタイル：100自由電子レーザー(FEL)は、共振器を使用しない自己増幅自発放射(SASE)方式を用いている。この方式では、自然放射光を種光としてレーザー発振・増幅するため、発振したレーザー光のスペクトルや時間波形がスパイク状構造になる欠点がある。この問題点を解決するために、短波長光源である高次高調波をFELにインジェクションし、スペクトルや時間波形にスパイク構造のないフルコヒーレント化された極端紫外領域のシード型自由電子レーザーの研究開発を進めている。高次高調波を発生させるドライブレーザーである高出力フェムト秒・チタンサファイアCPAレーザーシステムは、これまで原子力機構で培ったレーザー技術を設計に活かし、レーザーシステムの構築を行った。そして、このドライブレーザーをXeガス中に集光して得られる13次高調波(波長61.2nm)をシード光としてFELへインジェクションし、極端紫外領域でシード型FEL(波長61.2nm)の発振に世界で初めて成功した。さらに、シード光と電子バンチの同期精度についても検討を行った。
竹田 武司; 丸山 結; 渡辺 正; 中村 秀夫
Journal of Power and Energy Systems (Internet), 6(2), p.87 - 98, 2012/06
Experiments simulating PWR intermediate-break loss-of-coolant accidents (IBLOCAs) with 17% break at hot leg or cold leg were conducted in OECD/NEA ROSA-2 Project using the LSTF. In the hot leg IBLOCA test, core uncovery started simultaneously with liquid level drop in crossover leg downflow-side before loop seal clearing (LSC) induced by steam condensation on accumulator coolant. Water remained on upper core plate in upper plenum due to CCFL. In the cold leg IBLOCA test, core dryout took place due to rapid liquid level drop in the core before LSC. Liquid was accumulated in upper plenum, SG U-tube upflow-side and SG inlet plenum before the LSC due to CCFL, and enhanced the core liquid level decrease. In the hot leg IBLOCA case, cladding surface temperature was underpredicted due to overprediction of core liquid level after the core uncovery. In the cold leg IBLOCA case, the cladding surface temperature was underpredicted too due to later core uncovery than in the experiment.
石垣 将宏; 渡辺 正; 中村 秀夫
Journal of Power and Energy Systems (Internet), 6(2), p.264 - 274, 2012/06
ノズル内二相臨界流をBest EstimateコードTRACE及びCFDコードFLUENTにより解析し、また数値計算コードによる流量の予測性能評価を行った。TRACEコードによる解析において、臨界流オプションを有効にした。FLUENTコードによる数値シミュレーションには、二相流解析のためのmixtureモデルを用い、相変化を模擬するためcavitationモデル及びevaporation-condensationモデルを適用した。先細末広ノズル内の臨界流(Super Moby Dick実験)及び蒸気発生器伝熱管破損事故模擬実験における破断ノズル内流れの2つのテストケースについて数値解析を行った。各テストケースについて、数値シミュレーションによる破断流量の計算結果は実験値とよい一致を示した。
鵜沢 憲; 渡辺 正*
Journal of Power and Energy Systems (Internet), 6(2), p.229 - 240, 2012/06
使用済燃料プールのスロッシングに起因する機器構造物の異常事象を未然に防止するためには、スロッシングにより発生する溢水量や流体圧力値の正確な把握が求められる。このためには、これまでプールの形状等に依存する実験的な経験値(減衰定数)で置き換えられてきた内部構造物や水面の近傍での乱れ(乱流)によるエネルギー散逸を定量的に評価する必要がある。そこでわれわれは、エネルギー散逸をより機構論的に評価可能とするため、スロッシングの素過程であるダム崩壊現象を対象とした数値シミュレーションを実施し、乱流モデルの有効性を検証している。本研究では、RANS乱流モデルにおける運動エネルギーの保存式を導出し、運動エネルギーに対する圧力項と重力項、乱流粘性散逸項の寄与をRANS乱流モデル間で比較した。その結果、乱流粘性散逸項の寄与のみがモデルに依存し、ダム崩壊流の挙動の支配要因であることがわかった。また、レイノルズ応力モデルと比較して渦粘性モデルでは乱流粘性散逸を過大評価し圧力を過小評価するために実験圧力値と乖離することを明らかにした。
富樫 格*; 高橋 栄治*; 緑川 克美*; 青山 誠; 山川 考一; 佐藤 尭洋*; 岩崎 純史*; 大和田 成起*; 山内 薫*; 原 徹*; et al.
Proceedings of 11th International School and Symposium on Synchrotron Radiation in Natural Science (ISSRNS 2012), p.1 - 21, 2012/05
自由電子レーザー(FEL)は、共振器を使用しない自己増幅自発放射(SASE)方式を用いている。この方式では、自然放射光を種光としてレーザー発振・増幅するため、発振したレーザー光のスペクトルや時間波形がスパイク状構造になる欠点がある。この問題点を解決するために、短波長光源である高次高調波をFELにインジェクションし、スペクトルや時間波形にスパイク構造のないフルコヒーレント化された極端紫外領域のシード型自由電子レーザーの研究開発を進めている。高次高調波を発生させるドライブレーザーである高出力フェムト秒・チタンサファイアCPAレーザーシステムは、これまで原子力機構で培ったレーザー技術を設計に活かし、レーザーシステムの構築を行った。そして、このドライブレーザーをXeガス中に集光して得られる13次高調波(波長61.2nm)をシード光としてFELへインジェクションし、極端紫外領域でシード型FEL(波長61.2nm)の発振に世界で初めて成功した。高次高調波のシーディングによりSASE方式特有のスパイク構造がなくなり、スムーズなスペクトルが得られた。
鵜沢 憲; 渡辺 正; 西田 明美; 鈴木 喜雄; 武宮 博
High Performance Computing on Vector Systems 2011, p.171 - 184, 2012/01
システム計算科学センターでは、原子力施設の安全・安心を担保するため、計算機内に振動実験台を構築し、原子力施設の全容シミュレーションを可能とする技術(3次元仮想振動台)の研究開発に取り組んでいる。これまで、3次元仮想振動台実現のための要素技術の一つとして組立構造解析法を提案してきた。本技術の応用研究として、大洗研究開発センターの高温工学試験炉HTTR構造の大規模振動解析に適用し、課題解決に寄与することができた。また、科学技術振興機構が推進するCRESTプロジェクトにおいて、原子力施設の地震耐力予測シミュレーションを可能とする計算機環境の構築に寄与した。また、平成23年度より、3次元仮想振動台実現のための要素技術の一つとして流体解析技術の研究開発を開始した。原子力施設の運転に障害をもたらす可能性のあるスロッシングへの地震の影響を確認するため、スロッシングの特性を分析可能な気液二相乱流モデルの提案を行った。また、流体が構造に与える影響をより精緻に評価するためには、乱流の効果を考慮する必要がある可能性を示唆した。
