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論文

理研超伝導加速空洞用ビームエネルギー・位置モニターのマッピング測定

渡邉 環*; 外山 毅*; 花村 幸篤*; 今尾 浩司*; 上垣外 修一*; 鴨志田 敦史*; 河内 敏彦*; 小山 亮*; 坂本 成彦*; 福西 暢尚*; et al.

Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1105 - 1108, 2019/07

現在、仁科加速器研究センターにおいて、超伝導加速空洞を建設中である。破壊型ビーム診断装置を用いたビーム測定は脱ガスを発生するため、超伝導加速空洞の性能を示すQ値や表面抵抗値を、長期的に維持することが難しくなる。そのために、非破壊型のビーム診断装置による測定が必須となる。そこで、斜めに四分割した静電型ピックアップを用いたビーム位置モニターシステム(BEPM)の開発を行い、計11台を完成させた。このシステムは、BEPM間の距離を正確に測定した2台のBEPMを用いて、ビームの飛行時間(TOF)を測定し、ビームの位置情報と同時に、ビームエネルギー値も得られるという利点を有する。終段のBEPMは、ビームエネルギーの情報が非常に重要になる、超重元素探索装置GARIS IIIや、医療用RIアスタチンの製造に使用される予定である。2019年度は、BEPM内にワイヤーを張り、上下左右に動かすことにより、そのワイヤーの位置と各電極の出力の相関を測定する校正作業(マッピング)を行うため、BEPMを固定する冶具とワイヤーを囲むダミーダクトの設計と製作を行った。校正装置本体は、J-PARC 50GeVシンクロトロンMRのマッピング用に開発された校正装置を利用させて頂いた。今回の学会では、マッピングによる測定の結果とその考察にについて発表をする。

論文

理研超伝導加速空洞用ビームエネルギー・位置モニターの開発

渡邉 環*; 今尾 浩士*; 上垣外 修一*; 坂本 成彦*; 福西 暢尚*; 藤巻 正樹*; 山田 一成*; 渡邉 裕*; 小山 亮*; 外山 毅*; et al.

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.49 - 54, 2018/08

現在、仁科加速器研究センターにおいて、超伝導加速空洞を建設中である。超伝導加速空洞の性能を示すQ値や表面抵抗値を維持するためには、脱ガスを発生するビーム診断装置は使用できず、非破壊型のビーム診断装置による測定が必須となる。そこで、斜めに四分割した静電型ピックアップを用いたビーム位置モニターシステムの開発を行ってきた。このシステムは、モニター間の距離を正確に測定した2台のモニターを用いて、ビームの飛行時間(TOF)を測定し、ビームの位置情報と同時に、ビームエネルギー値も得ることができるという特色を持つ。平成29年度は、このプロトタイプを完成させ、仁科センターのビーム輸送系に設置した。信号処理系やLabVIEWによるソフトウエアの開発も同時に進め、RIBFにおけるウランビーム加速時に試験を行ってきた。その結果、常時リアルタイムによる測定や測定結果の表示・保存が可能となった。今回の学会では、超伝導加速空洞用に開発を進めているビームエネルギー・位置モニターシステムについて発表をする。

論文

理研RIBFにおけるビームエネルギー・位置モニターの開発

渡邉 環*; 福西 暢尚*; 藤巻 正樹*; 小山 亮*; 外山 毅*; 宮尾 智章*; 三浦 昭彦

Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1112 - 1117, 2017/12

理化学研究所RIビームファクトリ内のAVFサイクロトロンのビームを用いて、有用RI製造技術の高度化研究が行われている。サイクロトロンのビームエネルギーの精密測定は、RI製造の収量を上げ、有害な副反応生成物を減らすために、重要な技術の一つである。そこで、ビームエネルギー及び位置測定のため、静電ピックアップ型のビームエネルギー・位置モニタの開発を行い、AVFサイクロトロンのビームラインにインストールした。このモニタは、静電型ピックアップの電極を斜めに四分割化した計測器であり、設置した2台の計測器の距離と、ビームの飛行時間(TOF)から位置とエネルギーを同時に得られるものである。このモニタにより、ビームを破壊することなく、運転時にリアルタイムに位置・エネルギーの測定結果を把握できることから、AVFの性能と運転技術の向上をもたらし、重イオンビームの大強度化を実現することができる。発表では、このモニタの詳細と、ウランビームを使用した測定結果について発表する。

論文

Review of five investigation committees' reports on the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant severe accident; Focusing on accident progression and causes

渡邉 憲夫; 与能本 泰介; 玉置 等史; 中村 武彦; 丸山 結

Journal of Nuclear Science and Technology, 52(1), p.41 - 56, 2015/01

 被引用回数:5 パーセンタイル:44.04(Nuclear Science & Technology)

2011年3月11日に発生した東京電力福島第一原子力発電所の事故については、東京電力はもとより、政府,国会,民間有識者が独立した事故調査委員会を設置しそれぞれの立場から独自の視点で調査・分析を行い、報告書にまとめて公表している。また、原子力安全・保安院は、今後の安全性向上に資するために、「技術的知見」を導出することを目的に事故原因の分析を行い、その結果を報告書にまとめている。本稿では、今後の事故状況の調査や新たな規制制度の構築に役立つ情報として整理することを目的に、特に炉心損傷とその後の放射性物質の放出に至った1-3号機における事故の進展と原因に着目し、技術的な側面から、これら5つの報告書をレビューし、それぞれの調査結果における見解の相違等について分析、整理するとともに、これらの報告書において十分な議論がなされていない課題等を明らかにした。なお、本論文は、日本原子力学会の依頼を受けて、日本原子力学会和文論文誌Vol.12, No.2(2012)に掲載された「総説」を英訳したものである。

論文

福島第一原子力発電所事故に関する5つの事故調査報告書のレビューと技術的課題の分析; 事故の進展と原因に焦点を当てて

渡邉 憲夫; 与能本 泰介; 玉置 等史; 中村 武彦; 丸山 結

日本原子力学会和文論文誌, 12(2), p.113 - 127, 2013/06

2011年3月11日に発生した東京電力福島第一原子力発電所の事故については、東京電力はもとより、政府,国会,民間有識者が独立した事故調査委員会を設置しそれぞれの立場から独自の視点で調査・分析を行い、報告書にまとめて公表している。また、原子力安全・保安院は、今後の安全性向上に資するために、「技術的知見」を導出することを目的に事故原因の分析を行い、その結果を報告書にまとめている。本稿では、今後の事故状況の調査や新たな規制制度の構築に役立つ情報として整理することを目的に、特に炉心損傷とその後の放射性物質の放出に至った1-3号機における事故の進展と原因に着目し、技術的な側面から、これら5つの報告書をレビューし、それぞれの調査結果における見解の相違等について分析、整理するとともに、これらの報告書において十分な議論がなされていない課題等を明らかにした。

論文

Mechanical properties and microstructural stability of 11Cr-ferritic/martensitic steel cladding under irradiation

矢野 康英; 山下 真一郎; 大塚 智史; 皆藤 威二; 赤坂 尚昭; 柴山 環樹*; 渡辺 精一*; 高橋 平七郎

Journal of Nuclear Materials, 398(1-3), p.59 - 63, 2010/03

 被引用回数:8 パーセンタイル:43.78(Materials Science, Multidisciplinary)

11Crフェライト/マルテンサイト鋼(PNC-FMS)についてFFTF/MOTAで炉内クリープ破断試験を823Kから943Kで実施した。また、引張及び急速加熱バースト試験用の被覆管は照射温度693から1013K、照射量3.5から102dpaで高速実験炉「常陽」を用いて照射された。引張及び急速加熱バースト試験では、照射温度873K以下での強度低下は確認されなかったが、照射温度903K以上では顕著な強度低下がみられた。一方、炉内クリープ破断強度は、すべての照射温度で炉外のクリープ強度と同等あるいはそれ以上の強度を示した。このクリープ破断特性は、短時間強度と異なる挙動を示すことが明らかとなった。

論文

簡易型放射線測定器に利用するための半導体放射線検出素子の性能評価

谷村 嘉彦; 美留町 厚; 吉田 真; 渡辺 鐶*

Radioisotopes, 57(12), p.733 - 738, 2008/12

簡易型放射線測定器に利用できる半導体放射線検出素子について、その光子検出性能を校正場での実測とモンテカルロシミュレーション計算で明らかにした。低価格の検出素子として、シリコン$$_{it p-i-n}$$フォトダイオード及びCdTe検出器を選択した。周辺線量当量H$$^*$$(10)に対するエネルギー特性を60keVから2MeVのエネルギー領域で評価した。CdTe検出器はエネルギーの増加とともに感度が大きく減少することがわかった。一方、$$_{it p-i-n}$$ダイオードは150keV以上のエネルギーで感度がほぼ平坦になるという利点を有する。自然放射線に対する検出素子の感度は、4$$sim$$6cpmである。放射線レベルの検出下限レベルを評価したところ、原子力発電所や燃料加工施設などの事故時に放射線レベルの上昇を把握できることがわかった。

論文

MOX燃料加工施設に対する確率論的安全評価手法の開発

玉置 等史; 吉田 一雄; 渡邉 憲夫; 村松 健

日本原子力学会和文論文誌, 5(2), p.125 - 135, 2006/06

MOX燃料加工施設に適用できる確率論的安全評価手順の検討を行い、MOX燃料加工施設と原子炉施設との違いを考慮し、その構成を2段階5ステップとした。第一段階を、可能性のある事故原因の候補(異常事象候補)を抜け落ちなく抽出し、リスク上重要と考えられる事象を選別する2ステップで構成されることから、「概略PSA」と呼ぶ。異常事象候補を網羅的かつ効率的に抽出する第1ステップでは、ハザード分析手法を取り入れ、設備機器の機能に着目した機能レベルのFMEAを提案した。第2ステップでは、概略的な発生頻度及び影響評価に基づくリスクマトリクスを用いて相対的なリスクの比較をもとに選別する。選別した事象に対して詳細な検討を行うため、第二段階を「詳細PSA」と呼び、事故シナリオ分析,発生頻度評価及び影響評価を原子炉施設のPSA手順に従い実施する。この方法を用いて仮想的に設定したモデルプラントを対象に分析を実施し本手順の有用性を確認した。

論文

Hazard analysis approach with functional FMEA in PSA procedure for MOX fuel fabrication facility

玉置 等史; 吉田 一雄; 渡邉 憲夫; 村松 健

Proceedings of International Topical Meeting on Probabilistic Safety Analysis (PSA '05) (CD-ROM), 11 Pages, 2005/00

原子力機構では、MOX燃料加工施設に適用できる確率論的安全評価手順の開発を行っている。この第一段階のハザード分析として、機能レベルでの故障モード影響解析(FMEA)手法を用いて可能性のある事故原因の候補(異常事象候補)を抜け落ちなく抽出し、次に抽出した異常事象候補から事故シナリオにリスク上有為な寄与を与える異常事象を選別するために異常事象候補が原因で想定される事故の発生頻度及び事故影響を概略的に評価し、選別用リスクマトリクスを用いて相対的なリスクの比較をもとに選別する方法を提案した。機能レベルでのFMEA手法は、工程を構成する設備・機器の機能の喪失に着目しその影響を解析する方法で、詳細な機器情報に依存せずに実施できる特徴を持つ。この方法を用いて仮想的に設定したモデルプラントを対象に分析を実施しその有用性を確認した。

論文

Hazard identification of criticality accidents at the JCO facility

玉置 等史; 渡邉 憲夫*; 村松 健

Proceedings of the 2001 Topical Meeting on Practical Implementation of Nuclear Criticality Safety (CD-ROM), 10 Pages, 2001/11

確率論的安全評価手法の整備の一環として、JCOのウラン燃料加工施設を対象に、ハザード及び施設の安全確保策を整理し、潜在的事故シナリオを系統的に抽出するハザードマップ手法を用いたハザード分析を行った。この研究の目的は手法の妥当性の確認及び実施する上での教訓及び課題の摘出である。本ハザード分析より、臨界に至る事故シナリオを同定し、この分析手順が妥当であることを確認した。また、JCOが不法に採用していた設計と運転手順に対しても同手法を適用し、現実に発生した事故を含むような事故シナリオの抽出が可能か否かを検討した。その結果、運転手順に定められた機器以外のものの利用といった相当に広い範囲の起因事象を想定する必要があることがわかった。このため、実際に起きたものを含め、重要シナリオを漏れなく抽出するためには、起因事象の同定などの手順について実用的な手順書を作成しておく必要がある。

報告書

海外の核燃料施設における臨界事故に関する事例集

渡邉 憲夫; 玉置 等史

JAERI-Review 2000-006, p.56 - 0, 2000/04

JAERI-Review-2000-006.pdf:3.78MB

平成11年9月30日のJCO臨界事故は、放射線被ばくによる犠牲者を生むとともに、周辺住民に避難や屋内待避を強いる結果となった。一方、海外の核燃料施設においても臨界事故が発生しており、21件の事例(米国7件、英国1件、ロシア13件)が報告されている。本報告では、公開情報をもとに、事故の概要、影響、原因を整理して事例集としてまとめた。また、臨界事故の特徴を把握するために全体的な傾向を調べた。その結果明らかとなった主要事項は以下の通り: (1)ほとんどの事例が溶液を扱っている施設で起きている。(2)ほとんどが非安全形状容器で発生しているが、安全形状設計の容器で起きた事例もある。(3)総計7名の作業員が死亡している。(4)作業員の不適切な対応で再臨界に至った事例、ホウ酸水を注入したにもかかわらず再臨界になった事例がある。(5)臨界停止のメカニズムは多様である。

口頭

ナノ粒子分散強化オーステナイト鋼の創成の基礎研究; 照射欠陥クラスター形成に及ぼすナノ酸化物粒子分散の効果

山下 真一郎; 大塚 智史; 渡部 雅*; 内多 陽介*; 須田 孝徳*; 橋本 直幸*; 大貫 惣明*; 柴山 環樹*

no journal, , 

耐熱性・耐照射性に優れるSUS316相当鋼(PNC316)を母材としたオーステナイト系ナノ粒子分散強化鋼開発の基礎研究の一環として、アトライター式ボールミル方式で機械的に合金化した試作材の照射試験を行い、微細組織変化を評価した。ナノ粒子分散強化試作材の照射後組織には、いずれの照射条件においても、照射により形成したボイド組織が認められた。また、これらボイド組織の大部分はナノ粒子界面に付着して存在していることも明らかとなった。微細組織観察データを統計的にまとめた結果から、ボイド径や数密度は照射温度に依存した傾向があり、照射下ではナノ粒子界面で優先的にボイド形成していることが示された。これらのことから、オーステナイト系母相中へのナノ粒子の最適分散により、既存のオーステナイト系ステンレス鋼以上のボイドスエリング抑制効果の可能性が示唆された。

口頭

ナノ粒子分散強化オーステナイト鋼創成の基礎研究,3; 複合酸化物の観察と同定

岡 弘*; 渡部 雅*; 橋本 直幸*; 木下 博嗣*; 柴山 環樹*; 大貫 惣明*; 山下 真一郎; 大塚 智史

no journal, , 

酸化物分散強化型(Oxide Dispersion Strengthened: ODS)鋼は、耐熱性,耐クリープ特性,耐照射性に優れ、高速炉等の有力な候補構造材料として考えられている。従来のODS鋼の研究対象はフェライト系を中心に行われてきたが、工業的使用実績が豊富で耐食性の観点で有利なオーステナイト系への適用実績は皆無に等しい。以上のことから、本研究ではオーステナイト系ステンレス鋼のODS化の基礎・基盤研究として位置付けて、Y$$_{2}$$O$$_{3}$$とTi,Hfを複合添加した際の微細複合酸化物のHRTEM観察を実施し、その析出挙動について検討した。試作粉末は、PNC316鋼のArガスアトマイズ粉末にY$$_{2}$$O$$_{3}$$粉末,Ti,Hf金属粉末を添加し、Ar雰囲気で24$$sim$$48hメカニカルアロイング(MA)することで作製した。さらに、粉末を1150$$^{circ}$$Cで2時間熱処理し、TEM観察を行った。粒子を対象としたTEM観察/EDS分析から、析出頻度の最も高いものはY:Hf=1:1の酸化物であることがわかった。また、これら酸化物の電子線回折像解析から、Y$$_{2}$$Hf$$_{2}$$O$$_{7}$$の結晶学的データと非常に良い一致を示した。一方、酸化物粒子HRTEM像の面間隔の実測値からもY$$_{2}$$Hf$$_{2}$$O$$_{7}$$のそれにほぼ一致することが確認された。これら熱処理で析出した酸化物粒子はファセットを有し、母相との間に特定の方位関係があり、粒子径10nmを境に界面の整合性が変わる可能性が示された。

口頭

粒界制御技術を適用したニッケル基合金PE16の高温引張強度特性評価

関尾 佳弘; 山下 真一郎; 坂口 紀史*; 柴山 環樹*; 渡辺 精一*; 鴇田 駿*; 藤井 啓道*; 佐藤 裕*; 粉川 博之*

no journal, , 

高温安定性が期待されるニッケル基合金の高性能化を目的に、高温・高照射線量に曝される際に問題となる粒界脆化による延性低下が「粒界制御技術」の適用で抑制可能であることを実証する研究の一環として、粒界制御型PE16を試作し、本技術適用による高温引張強度特性(非照射下)への影響を調査した。その結果、粒界制御型PE16とPE16標準材の降伏応力の温度依存性は同様の傾向を示すものの、粒界制御型PE16の降伏応力はPE16標準材と比べて低下し、一様伸びはわずかに増加した。これは本技術熱処理工程に伴う結晶粒粗大化に起因した強度変化であると推察され、結晶粒径を同程度に調整できた場合、粒界制御型PE16の強度特性はPE16標準材と同程度以上に改善されるものと考えられ、本技術適用により良好な高温強度特性を維持しつつ、耐粒界割れ特性の改善が可能となる見通しが得られた。

口頭

Evaluation of mechanical property in grain boundary character distribution-optimized Ni-based alloy

山下 真一郎; 関尾 佳弘; 坂口 紀史*; 柴山 環樹*; 渡辺 精一*; 粉川 博之*

no journal, , 

高密度化した対応粒界の最適分布とそれに伴うランダム粒界ネットワークの分断は、耐粒界腐食性を高める非常に有効な手法の一つであることが最近の粒界構造に関する研究で示されている。耐粒界腐食性に優れるという利点は、原子炉構造材料にとって材料選択上の重要な要素の一つであり、微量元素を含め、化学組成を一切変えることなく、単純な加工・熱処理という冶金学の基本処理のみで取得可能である点は魅力的である。本研究では、粒界工学プロセスの適用により高性能化した原子炉材料として、粒界性格分布を最適化したNi基合金(PE16)を開発し、機械的特性に及ぼす粒界工学プロセスの効果を評価するために引張強度試験を実施した。室温での引張試験の結果、粒界性格制御したPE16の引張強度は、PE16受入材のそれよりも幾分低くなったが、伸び特性においては有意な変化は認められなかった。今後は、各種試験により材料特性評価を行い、粒界性格制御による既存材料の高性能化の可能性を見極める予定である。

口頭

粒界制御技術を適用したニッケル基合金の高温引張強度特性評価

山下 真一郎; 関尾 佳弘; 坂口 紀史*; 柴山 環樹*; 渡辺 精一*; 鴇田 駿*; 藤井 啓道*; 佐藤 裕*; 粉川 博之*

no journal, , 

商用ニッケル基合金のPE16は、照射環境下でのボイドスエリングによる変形量が少なくNa耐食性にも優れることから、英国の高速原型炉(PFR)で燃料被覆材として使用された実績を有する。一方、高温・高照射量まで使用された燃料被覆材では、粒界におけるHeバブルの析出や母相中に分散させていたNi$$_{3}$$Al$$_{x}$$Ti$$_{1-x}$$($$gamma$$'相)の固溶・粒界再析出等が生じ、粒界劣化に起因した強度特性の低下が確認されている。この粒界劣化に起因した課題に対して、本研究では種々の材料で粒界特性の改善効果が実証されている粒界制御技術に着目し、PE16で生じた粒界劣化の抑制、粒界特性の改善を目的に、対応粒界頻度80%以上の粒界性格制御したPE16及びその冷間加工材を試作し、高温での引張試験から粒界性格制御したPE16の強度特性に及ぼす冷間加工等の影響について評価した。引張試験の結果から、粒界性格制御したPE16と粒界性格制御した後に冷間加工を加えたPE16の引張強さの温度依存性は、いずれの供試材とも試験温度の上昇とともに強度が単調に低下し、800$$^{circ}$$Cでは急激な低下がみられた。破断伸びは、冷間加工度が高くなるほど低下する傾向が示され、冷間加工による転位導入に伴う加工硬化に起因している可能性が示唆された。

口頭

Evaluation of mechanical property in grain boundary character distribution-optimized Ni-based alloy

山下 真一郎; 関尾 佳弘; 坂口 紀史*; 柴山 環樹*; 渡辺 精一*; 粉川 博之*

no journal, , 

Recent grain boundary structure studies have shown that optimal distribution of a high frequency of coincidence site lattice boundaries and consequent discontinuity of random boundary network in the material is one of very effective methods to enhance the intergranular corrosion resistance. This advantageous property, one of important ones for structural material of nuclear reactor, can be obtained through simple thermomechanical treatment process without any change of original chemical composition. In this study, grain boundary character distribution(GBCD)-optimized Ni-based alloy (PE16) has been developed as a prospective high-performance nuclear reactor material by grain boundary engineering processing, and then tensile behavior of GBCD-optimized Ni-based alloy was investigated to evaluate the effects of grain boundary engineering processing on mechanical property. The results of tensile test at the temperature ranging from room temperature to 1073K showed that tensile strengths of the GBCD-optimized PE16 uniformly decreased with increasing test temperature. From these results, it was implied the possibility that the change in tensile properties would be attributed to an increment of dislocation structure.

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