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論文

Design of 250kW LBE spallation target for the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC)

佐々 敏信; 斎藤 滋; 大林 寛生; 菅原 隆徳; Wan, T.; 山口 和司*; 吉元 秀光

NEA/CSNI/R(2017)2 (Internet), p.111 - 116, 2017/06

日本原子力研究開発機構(JAEA)は、加速器駆動システム(ADS)を用いた高レベル放射性廃棄物に起因する環境負荷の低減を提案している。ADSを実現するため、J-PARC計画の一環として、核変換実験施設(TEF)の計画している。JAEAが提案するADSは鉛ビスマス共晶合金(LBE)を未臨界炉心の冷却材及び核破砕ターゲットとして採用している。J-PARCのTEFを活用し、ADSの設計に必要なデータを収集し、LBE利用の技術課題の解決を図る。250kWのLBE核破砕ターゲットをTEFに設置し、材料照射データベースを構築する。TEFを建設するために必須な様々な技術開発として、酸素濃度制御技術、計測機器開発、遠隔操作によるターゲット保守技術とともにターゲットの詳細設計を実施している。250kW核破砕ターゲット最適化の最新の状況を報告する。

報告書

MA燃料遠隔取扱試験設備の製作及び試験結果,1; 燃料冷却試験装置

西原 健司; 田澤 勇次郎; 井上 昭; 菅原 隆徳; 辻本 和文; 佐々 敏信; 大林 寛生; 山口 和司; 菊地 将司*

JAEA-Technology 2015-051, 47 Pages, 2016/03

JAEA-Technology-2015-051.pdf:3.6MB

J-PARCに建設が計画されている核変換物理実験施設(TEF-P)で用いる高線量のMA含有燃料の取扱い設備の設計製作に必要なデータを取得する試験装置群(MA燃料遠隔取扱試験設備)の内、燃料冷却試験装置の製作及び試験結果についてとりまとめる。試験によりTEF-Pの設計に用いる圧力損失及び温度上昇の評価式が妥当であることが確認され、冷却概念の成立性が示された。

報告書

液体鉛ビスマス共晶合金中の酸素濃度測定実験; 酸素センサー製作と静的環境での測定

菅原 隆徳; 山口 和司

JAEA-Technology 2015-022, 21 Pages, 2015/08

JAEA-Technology-2015-022.pdf:9.18MB

液体鉛ビスマス共晶合金(LBE)を用いた加速器駆動核変換システム(ADS)やJ-PARC核変換実験施設(TEF)のADSターゲット試験施設(TEF-T)等のLBE試験ループにおけるLBE中酸素濃度測定に資するため、酸素センサーを製作し、静的環境で酸素飽和濃度条件下におけるLBE酸素濃度測定実験を行った。製作したPt/Air型, Bi/Bi$$_2$$O$$_3$$型の2種類のセンサーのうち、Pt/Air型センサーについては、350$$^{circ}$$Cから450$$^{circ}$$CのLBE温度条件下で理論値とほぼ同じ起電力が得られた。ある程度の個体差は認められるものの、起電力値のばらつきも少なく、今後LBEループなどでの利用を考える上で、有望な概念が得られた。

論文

J-PARC transmutation experimental facility programme

佐々 敏信; 武井 早憲; 斎藤 滋; 大林 寛生; 西原 健司; 菅原 隆徳; 岩元 大樹; 山口 和司; 辻本 和文; 大井川 宏之

NEA/CSNI/R(2015)2 (Internet), p.85 - 91, 2015/06

福島第一原子力発電所の事故以降、核変換技術が放射性廃棄物処理に有効な技術として注目されている。日本原子力研究開発機構(JAEA)では、マイナーアクチノイド(MA)の核変換を行うための、鉛ビスマス(Pb-Bi)を核破砕ターゲット及び冷却材に使用する加速器駆動システム(ADS)を提案している。ADSの設計に不可欠なデータを取得するため、原子力機構ではJ-PARC計画の中で核変換実験施設(TEF)の建設を検討している。TEFは400MeV-250kWのPb-Bi核破砕ターゲットを持つADSターゲット試験施設(TEF-T)及び低出力の陽子ビームでMA燃料を装荷した炉心を駆動する核変換物理実験施設(TEF-P)から構成する。TEF-Tでの主な研究項目として、ADS構造材候補の照射試験、Pb-Biターゲットの運転試験及び陽子ビーム窓の寿命を決めるための実験を実施する。ターゲットが定格出力で運転される際には、ターゲット周辺に高速中性子場が形成されるため、これを多目的に利用することも検討している。基礎物理研究や核データ測定などの実験が提案されており、実験ホールの配置概念の検討を進めている。報告では、ADS核変換を実現するためのロードマップとともに、TEF建設のための設計研究活動を報告する。

論文

高圧純水洗浄による超伝導ブースターの性能回復

株本 裕史; 竹内 末広; 石崎 暢洋; 吉田 崇宏*; 石黒 貴之*; 山口 和司*

Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.1120 - 1122, 2010/03

原子力機構東海の20MVタンデム加速器には重イオンのエネルギーを増強するための超伝導ブースターが設置されている。このブースターは40個の1/4波長型超伝導加速空洞で構成されるリニアックである。建設当時は1空洞あたりに4WのRF電力を入力した時の加速電界が5.0MV/m程度であったが、現在では約4.0MV/mまで低下してきている。超伝導加速空洞では表面のクリーンさが非常に重要であり、内部のニオブ表面へチリや金属粉が付着すると、高電界を発生させた時にトンネル効果で電子の電界放出現象(フィールドエミッション)が起こる。電子は高周波電場により加速されてニオブ表面に衝突し、制動X線発生や発熱、2次電子放出を引き起こすため加速電界が著しく制限される。われわれは高圧純水洗浄の技術を用いて性能の回復を試みることにした。高圧純水洗浄装置を製作して試験を行ったところ、洗浄によりフィールドエミッションの発生を抑えて加速電界を回復させることが確認できた。オンラインの20空洞に対しても洗浄処理を適用し、洗浄前には4.4MV/m(RF4W入力時)であった加速電界が洗浄直後には5.7MV/mまで回復した。

論文

高圧純水洗浄による超伝導ブースターの性能回復

株本 裕史; 竹内 末広; 石崎 暢洋; 吉田 崇宏*; 石黒 貴之*; 山口 和司*

第22回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.129 - 132, 2010/01

原子力機構東海タンデム加速器の後段には重イオンのエネルギーを増強するための超伝導ブースターが設置されており、1994年の運転開始以来、毎年40日程度のマシンタイムを提供している。建設当初は1空洞あたりに4WのRF電力を入力したときの加速電界が5.0MV/m前後であったが、現在では4.0MV/m付近まで低下してきている。超伝導加速空洞では表面のクリーンさが非常に重要であり、内部のニオブ表面へ金属粉やゴミ等が蓄積すると、高電界を発生させた時にトンネル効果で電子の電界放出現象(フィールドエミッション)が起こる。電子は高周波電場により加速されてニオブ表面に衝突し、発熱や2次電子放出を引き起こすため加速電界が著しく制限される。われわれは高圧純水洗浄の技術を用いて性能の回復を試みることにした。洗浄装置を製作して試験を行ったところ良好な結果が得られており、オンラインの空洞に対しても適用する予定である。

口頭

Elemental technologies for lead-bismuth spallation target system in J-PARC

大林 寛生; 山口 和司; 斎藤 滋; 菅原 隆徳; 武井 早憲; 佐々 敏信

no journal, , 

To promote JAEA's R&D for ADS, construction of the Transmutation Experimental Facility (TEF) is planned under the framework of the J-PARC project as a preceding step before the construction of demonstrative ADS. Main purposes of TEF are experimental investigation of feasibility of beam window and structural materials, and operation properties of the target system by using 400MeV-250kW proton beam. The target system of TEF must be operated without significant troubles during its operation period. Furthermore, since the target system is highly radioactive by the proton beam irradiation, all components should be maintained by remote handling devices. In this study, elemental technologies to realize the target system, such as the monitoring system of flow rate by using the ultrasonic method, the heater system with the metallic heat insulator joined to a flow channel of LBE, and the operability of remote handing, were tested.

口頭

Recent progress in R&D efforts toward construction of J-PARC transmutation experimental facility

前川 藤夫; 佐々 敏信; 武井 早憲; 斎藤 滋; 大林 寛生; 山口 和司; Wan, T.; 辻本 和文; 西原 健司; 菅原 隆徳; et al.

no journal, , 

J-PARCの実験施設の1つとして、核変換実験施設(TEF)の建設を計画している。TEFはADSターゲット試験施設(TEF-T)と核変換物理実験施設(TEF-P)の2つの施設で構成されている。TEF-Tには400MeV、250kWの陽子ビームを照射する鉛ビスマス核破砕ターゲットが備えられ、この中で陽子ビーム窓候補材の照射が予定されている。TEF-Pには、臨界/未臨界集合体が備えられ、低出力(10W)陽子ビームにより加速器駆動システムの物理的・動的特性の研究が行われる。集合体には、ウラン、プルトニウムおよびマイナーアクチノイド燃料の装荷が計画されている。J-PARC TEF建設に向けた研究開発における最近の進捗について述べる。

口頭

R&D activities on oxygen sensor and potential control for lead-bismuth eutectic

菅原 隆徳; 山口 和司; 大林 寛生; 斎藤 滋; 吉元 秀光; 佐々 敏信

no journal, , 

原子力機構では、加速器駆動未臨界システム(ADS)による高レベル放射性廃棄物の分離変換を目指し、その研究開発を進めるため、核変換実験施設(TEF)の建設を計画している。TEFは2つの実験施設から構成されるが、そのうちの1つであるADSターゲット試験施設(TEF-T)では、液体鉛ビスマス(LBE)に陽子ビームを当て、照射の効果や材料試験の研究を行う予定である。一方で、LBEは腐食性が強いことから、LBE中の酸素濃度を適切に制御し、鋼材の腐食を防ぐ必要がある。酸素濃度を制御するためには、それを測定するためのセンサーが必要となる。原子力機構では、2種類のセンサーを試作し、そのうちの1つが広い温度範囲で適切な出力を出すことを確認した。また酸素濃度制御についても、目標とする濃度範囲で酸化、還元の操作を実行し、適切に制御を行った。

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