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報告書

汎用小型試験研究炉の概念検討; 平成22年度活動報告(共同研究)

今泉 友見; 宮内 優; 伊藤 正泰; 綿引 俊介; 永田 寛; 花川 裕規; 那珂 通裕; 川又 一夫; 山浦 高幸; 井手 広史; et al.

JAEA-Technology 2011-031, 123 Pages, 2012/01

JAEA-Technology-2011-031.pdf:16.08MB

世界の試験研究炉は、老朽化に伴う廃炉により減少しているが、その一方でアジア諸国においては、原子力発電の導入計画が相次いでいる。このようなアジア諸国では、原子力発電所を建設した後の運転管理ができる技術者の育成が課題となっていると同時に、自国における原子力技術を高めるため、軽水炉の長期化対策,科学技術の向上,産業利用及び原子力人材育成のための試験研究炉の必要性が高まっている。このような背景から、照射試験炉センターにおいては、今後、発電用原子炉を導入する国に向け、各種照射利用や教育訓練に用いる試験研究炉の基本概念検討を開始した。設計活動を通じた本検討は、照射試験炉センターにおける試験研究炉の設計に必要な計算コードなどの環境の整備及び人材育成に貢献するとともに、本概念検討に共同研究として参加する原子力関連会社の試験研究炉にかかわる技術力の維持,向上にも貢献することが期待される。本報告は、平成22年度に設置された「照射試験炉センター汎用小型試験研究炉WG(ワーキンググループ)」と原子力関連会社が行った平成22年7月$$sim$$平成23年6月までの試験研究炉の概念検討結果について取りまとめたものである。

口頭

長寿命プラント照射損傷管理技術に関する研究開発; 照射損傷指標と損傷進行監視技術の研究開発

若井 栄一; 高田 文樹; 高屋 茂; 加藤 章一; 北澤 真一; 大久保 成彰; 鈴土 知明; 藤井 貴美夫; 吉武 庸光; 加治 芳行; et al.

no journal, , 

次世代炉設計の自由度を上げるために新しい評価指標として照射損傷パラメータを検討し、長寿命プラント炉の候補構造材料(SUS304, 316FR, 12Cr(P122)鋼)を対象に照射損傷管理技術を開発することを目的とした。材料強度特性に関する既存データと取得データ,微細組織観察結果及び計算科学による結果を解析したところ、材料強度特性は弾き出し損傷量(dpa)に強く依存して変化するとともに、He量やHe/dpa比にも依存して変化する傾向があることがわかった。また、照射損傷指標の評価に必要な微小試験片用のクリープ試験及びクリープ疲労試験装置の開発を行うとともに、照射損傷進行を適切に把握するための非破壊評価として磁気応答特性の変化及び表面弾性波応答変化を調べ、その有効性を示すことができた。

口頭

電子サイクロトロン電流駆動用ミリ波帯広帯域高速スイッチの開発研究

渥美 幸平*; 菅原 修平*; 山口 智輝*; 三枝 幹雄*; 小田 靖久; 高橋 幸司; 梶原 健; 坂本 慶司

no journal, , 

トカマク型核融合炉ではプラズマ閉じ込めを劣化させる新古典ティアリングモードが発生するが、その安定化には電子サイクロトロン電流駆動方式による磁気島のO点への局所的な電流駆動が有効である。従来は、X点を避けてO点に電流駆動するため、ジャイロトロンの電源をON/OFFさせデューティ50%で行ってきたが、ジャイロトロンの電源をONにしたままビーム経路を高速に切り替えることができれば、ジャイロトロンの出力を100%電流駆動に生かすことが可能になる。本研究では、ジャイロトロンの高速周波数変調による大電力ミリ波帯の広帯域高速スイッチであるリング共振器型高速スイッチを提案し、FDTD法を用いた電磁界解析を行い、短パルスモデルの設計・製作を行った。

口頭

Proposal of new type diplexer for ECCD system

三枝 幹雄*; 菅原 修平*; 渥美 幸平*; 小田 靖久; 山口 智輝*; 坂本 慶司

no journal, , 

Neoclassical tearing modes (NTM) can be controlled by the local current drive in a magnetic island with electron cyclotron current drive (ECCD). For improving a stabilizing efficiency of NTM, the fast directional switch (FADIS) had been developed. In this paper, the new type diplexer as a fast switching device of high power millimetre wave is proposed for ECCD system in fusion devices. The principle is a ring resonator of oversized corrugated circular waveguide. The two half mirrors (dielectric disks or slotted antennae) are integrated in a ring resonator. The switching operation of a diplexer has been simulated with the code using finite differential time domain (FDTD) method. The switching operation of the diplexer by frequency shifting has been confirmed in the cases of dielectric disks or slotted antennae, where the loss caused by mode conversion and misalignment in a resonant ring are considered. A diplexer for 1 MW short pulse at a frequency of 170 GHz is designed and fabricated.

口頭

Development of high power wideband diplexer for ECCD system in fusion devise

菅原 修平*; 渥美 幸平*; 山口 智輝*; 三枝 幹雄*; 小田 靖久; 高橋 幸司; 梶原 健; 坂本 慶司

no journal, , 

In this paper, new type diplexer as a high power millimeter wave fast switching device is proposed for ECCD system. A new type diplexer as a high power millimeter wave fast switching device is proposed for ECCD system. After the simulations by FDTD code, the diplexer was designed. Low power mock up has been tested at wide frequency bands of 140 GHz and 170 GHz. Wide band switching operation of a diplexer has been recognized.

口頭

Conceptual design of next generation MTR

永田 寛; 山浦 高幸; 那珂 通裕; 川又 一夫; 出雲 寛互; 堀 直彦; 長尾 美春; 楠 剛; 神永 雅紀; 小森 芳廣; et al.

no journal, , 

原子力機構では、今後、発電用原子炉を導入する国に向けた汎用小型試験研究炉の概念検討を2010年から開始した。この概念検討にかかわる基本設計としては、板状の燃料要素でプール型による熱出力10MW級の試験研究炉を想定した。また、この概念検討では、安全性の高い施設であること、経済性に優れた設計であること、高い稼働率が達成できること並びに高度な照射利用ができることを目標としている。検討結果として、燃料要素16本と制御要素4本を配置した炉心において、最大高速中性子束は7.6E+17n/m$$^{2}$$/sであった。また、原子炉入口圧力が0.15MPa、原子炉入口流量が1200m$$^{3}$$/s、原子炉入口温度が40$$^{circ}$$Cの場合、DNBRは4.2であり、定格出力の運転状態としては、この炉心は十分な余裕があることがわかった。今後は、より詳細な炉心の核設計及び熱水力設計を行うとともに、冷却系統,照射設備及びホットラボ設備等の概念設計を行い、動特性評価及び安全評価に着手する予定である。

口頭

大電力ミリ波帯導波管リング型ダイプレクサーにおける不要高次モードに関する研究

小田 靖久; 菅原 修平*; 渥美 幸平*; 山口 智輝*; 三枝 幹雄*; 坂本 慶司

no journal, , 

リング共振器型ダイプレクサーは、電子サイクロトロン加熱で使用される大電力ミリ波ビームの出力周波数を周波数変調させることで、高速での出力方向の切り替えを実現するものであり、効率的なプラズマ加熱に必要な技術である。本研究では、導波管リングで構成される共振器構造をもったダイプレクサーの出力特性の計測を行い、特に出力ビームに含まれる不要高次モード成分の影響についての評価を行った。実験では、10mW出力低電力発振源と高感度検波システムを用いて、170.1GHzから170.3GHzの出力ビームの分布を計測し、基本伝播モード純度と不要高次モード成分を算出した。その結果、周波数が高くなるにつれ基本伝播モード純度が低下し、不要高次モード成分が増大することが確認されたが、モード純度は93%以上を確保することができた。

口頭

核燃料模擬材料セリア固溶体の電子密度分布における添加物効果

田口 富嗣; 三輪 周平; 井川 直樹; 美留町 厚; 山口 憲司; 逢坂 正彦

no journal, , 

核燃料であるUO$$_{2}$$は、希土類等の核分裂生成物が生成され、これらと固溶体を形成する。固溶体の熱伝導率や拡散係数等の諸特性は希土類等に起因する結晶構造変化の影響を受ける。本報では、核燃料模擬材料CeO$$_{2}$$の固溶体を用いて、これら諸特性に影響を与える電子分布状態に着目し、希土類添加による変化についてX線回折法を用いたリートベルト法/最大エントロピー法による解析を行った。その結果、固溶体中では電子が各イオンサイトから広がり、酸素イオン-酸素イオン間及び酸素イオン-金属イオン間に3次元的に拡散するパスが観測され、特に酸素イオン-酸素イオン間ではパスの形状や密度は添加物によって変化していることがわかった。

口頭

受動的安全性を持つ新しい炉容器冷却設備,2; スケールモデルによる伝熱特性に関する実験的検討

佐藤 紀恭*; 山口 修平*; 松元 達也*; 守田 幸路*; 高松 邦吉

no journal, , 

東京電力の福島第一原子力発電所事故(以下、福島事故)後、深層防護の観点から炉心損傷の防止対策が重要になった。そこで、動的機器および非常用電源等を必要とせず、福島事故のようにヒートシンクを喪失することのない、受動的安全性を持つ原子炉圧力容器の冷却設備を提案する。本研究では、この冷却設備の伝熱特性を把握するために伝熱試験装置を製作し、基礎的な実験を行った。その結果、ふく射によって原子炉圧力容器からの熱を受動的に除去できることを定量的に評価できた。

口頭

受動的安全性を有する原子炉圧力容器冷却設備の伝熱特性に関する研究; スケールモデルによる実験的検討

山口 修平*; 佐藤 紀恭*; 松元 達也*; 守田 幸路*; 高松 邦吉

no journal, , 

東京電力の福島第一原子力発電所事故(以下、福島事故)後、深層防護の観点から炉心損傷の防止対策が重要になった。そこで、動的機器および非常用電源等を必要とせず、福島事故のようにヒートシンクを喪失することのない、受動的安全性を持つ原子炉圧力容器の冷却設備を提案する。本研究では、この冷却設備の伝熱特性を把握するために伝熱試験装置を製作し、基礎的な実験を行った。その結果、ふく射によって原子炉圧力容器からの熱を受動的に除去できることを定量的に評価できた。

口頭

受動的安全性を持つ新しい炉容器冷却設備のスケールモデルによる伝熱特性に関する実験的検討

山口 修平*; 佐藤 紀恭*; 松元 達也*; 守田 幸路*; 高松 邦吉

no journal, , 

東京電力の福島第一原子力発電所事故(以下、福島事故)後、深層防護の観点から炉心損傷の防止対策が重要になった。そこで、動的機器および非常用電源等を必要とせず、福島事故のようにヒートシンクを喪失することのない、受動的安全性を持つ原子炉圧力容器の冷却設備を提案する。本研究では、この冷却設備の伝熱特性を把握するために伝熱試験装置を製作し、基礎的な実験を行った。その結果、ふく射によって原子炉圧力容器からの熱を受動的に除去できることを定量的に評価できた。

口頭

高温ガス炉における受動的冷却設備の伝熱特性に関する検討

細見 成祐*; 山口 修平*; 明石 知泰*; 松元 達也*; Liu, W.*; 守田 幸路*; 高松 邦吉

no journal, , 

東京電力の福島第一原子力発電所事故(以下、福島事故)後、深層防護の観点から炉心損傷の防止対策が重要になった。そこで、動的機器および非常用電源等を必要とせず、福島事故のようにヒートシンクを喪失することのない、受動的安全性を持つ原子炉圧力容器の冷却設備を提案する。本研究では、この冷却設備の伝熱特性を把握するために伝熱試験装置を製作し、実験および解析を行った。その結果、原子炉圧力容器からの熱を、ふく射や自然対流によって受動的に除去できることを定量的に評価できた。

口頭

オーステナイトステンレス鋼とフェライト鋼の照射損傷組織と強度特性に及ぼすDPAとHe生成量の効果

若井 栄一; 高屋 茂; 永江 勇二; 鈴土 知明; 平出 哲也; 松井 義典; 野上 修平*; 長谷川 晃*; 阿部 弘亨*; 岩井 岳夫*; et al.

no journal, , 

オーステナイト鋼やフェライト鋼は様々な原子力材料や加速器ターゲット材料等に使用されている。これらの材料は照射によって微細組織や強度特性が変化し、DPAやHe生成量による影響を受けることが知られている。本研究は様々な照射手法を用いDPAとHe生成量に関する引張、クリープ特性等の変化を明らかにすることを目的とした。本研究の供用材には、316鋼, ボロン添加した316鋼, 304鋼、及びHCM12A鋼を用いた。500$$^{circ}$$Cから600$$^{circ}$$Cの温度領域で原子炉照射にJOYOとJRR-3Mの照射、東北大学サイクロトロンによるHe注入、東京大学HITイオン照射などを実施した。DPAの増加に伴って照射硬化量が増加し、He生成量の増加に伴い、その割合が増える傾向にあった。He量の増加に伴い、その寿命が低下すると共に、DPA増加によってもその低下が大きくなることが分かった。He生成量が増えた材料の破面では粒界割れの発生が見られた。一方、照射組織に関してはサイクロトロンでHe注入したこれらの鋼で空孔型クラスターに対するミクロ組織と陽電子寿命測定の結果では、フェライト鋼の方がより大きなクラスターが存在する正の相関を示す結果を得た。

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