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論文

Development of risk assessment methodology against natural external hazards for sodium-cooled fast reactors; Project overview and margin assessment methodology against volcanic eruption

山野 秀将; 西野 裕之; 栗坂 健一; 岡野 靖; 堺 公明; 山元 孝広*; 石塚 吉浩*; 下司 信夫*; 古川 竜太*; 七山 太*; et al.

Proceedings of 11th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics, Operation and Safety (NUTHOS-11) (USB Flash Drive), 12 Pages, 2016/10

本論文では、プロジェクト概要を述べたうえで、ナトリウム冷却高速炉を対象にして火山ハザードに対するマージン評価手法開発について述べる。火山灰は崩壊熱除去に必須である空気取入口のフィルター目詰まりを引き起こす恐れがある。フィルタ閉塞の程度は、火山灰大気中濃度と降灰継続時間に加えて、各機器の吸い込み風量で計算される。本研究では、フィルター破損までの猶予時間をマージンと定義した。降灰継続時間より猶予時間が短いときだけマージンを検討する必要がある。機器別のマージン評価では、各機器の吸い込み風量とフィルタ破損限界を使って計算された。シーケンス別のマージン評価では、機器別のマージン評価とイベントツリーに基づき評価された。マージンを大きくするアクシデントマネジメント対策として、例えば、強制循環運転の手動トリップ、空気冷却器3系統の順次運転、及びプレフィルターによるカバーを提案した。

論文

Development of risk assessment methodology of decay heat removal function against natural external hazards for sodium-cooled fast reactors; Project overview and volcanic PRA methodology

山野 秀将; 西野 裕之; 栗坂 健一; 岡野 靖; 堺 公明; 山元 孝広*; 石塚 吉浩*; 下司 信夫*; 古川 竜太*; 七山 太*; et al.

Proceedings of 24th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-24) (DVD-ROM), 10 Pages, 2016/06

本論文では、プロジェクト概要を述べたうえで、ナトリウム冷却高速炉を対象にして火山ハザードに対する確率論的リスク評価(PRA)手法開発について述べる。火山灰は崩壊熱除去に必須である空気取入口のフィルター目詰まりを引き起こす恐れがある。フィルタ閉塞の程度は、火山灰大気中濃度と降灰継続時間に加えて、各機器の吸い込み風量で計算される。本研究では、火山ハザードは火山灰粒径、層厚及び継続時間の組み合わせで評価できるとした。また、各機器の機能喪失確率はフィルタ破損限界までの猶予時間を使って得られるフィルタ交換失敗確率で表されるとした。イベントツリーに基づいて、炉心損傷頻度は離散的なハザード確率と条件付崩壊熱除去失敗確率を掛け合わせることで求められ、約3$$times$$10$$^{-6}$$/年の結果を得た。支配的なシーケンスは、非常用原電喪失後に、フィルタ目詰まりによる崩壊熱除去系の機能喪失であった。また、支配的な火山ハザードは、大気中濃度10$$^{-2}$$ kg/m$$^{3}$$、粒径0.1mm、層厚50-75cm、継続時間1-10hrであった。

論文

国際核融合エネルギー研究センターの高性能計算機システムHeliosを利用した国内シミュレーション研究プロジェクトの進展

石澤 明宏*; 井戸村 泰宏; 今寺 賢志*; 糟谷 直宏*; 菅野 龍太郎*; 佐竹 真介*; 龍野 智哉*; 仲田 資季*; 沼波 政倫*; 前山 伸也*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 92(3), p.157 - 210, 2016/03

幅広いアプローチ協定に基づいて国際核融合エネルギー研究センター(IFERC)の計算機シミュレーションセンター(CSC)に設置された高性能計算機システムHeliosは、2012年1月に運用を開始し、日欧の磁気核融合シミュレーション研究に供用され、高い利用率の実績を示すとともに、炉心プラズマ物理から炉材料・炉工学にわたる広い分野で多くの研究成果に貢献している。本プロジェクトレビューの目的は、国内の大学や研究機関においてHeliosを利用して進められているシミュレーション研究プロジェクトとその成果を一望するとともに、今後予想される研究の進展を紹介することである。はじめにIFERC-CSCの概要を示した後、各研究プロジェクト毎にその目的、用いられる計算手法、これまでの研究成果、そして今後必要とされる計算を紹介する。

論文

Development of risk assessment methodology against external hazards for sodium-cooled fast reactors

山野 秀将; 西野 裕之; 岡野 靖; 山元 孝広*; 高田 孝*

Earthquakes, Tsunamis and Nuclear Risks, p.111 - 121, 2016/01

本研究では、ナトリウム冷却高速炉のための積雪,竜巻,強風,火山噴火,森林火災に対する確率論的リスク評価(PRA)及びマージン評価手法を含むリスク評価手法を開発している。本論文では、これらの研究の全体概要と強風に対するリスク評価手法開発について述べる。強風PRAでは、気象データに基づきグンベル分布を用いてハザード曲線を推定し、強風による破損確率を求めたうえで、イベントツリーに基づき定量化を可能とする手法開発を行った。機器毎の破損評価も行い、機器損傷に至る風速をマージンとみなす機器別のマージン評価手法も開発した。

論文

マルチプローブを用いた安定化ジルコニアのアニールによる結晶、局所構造への影響の研究

伊藤 孝憲*; 森 昌史*; 犬飼 学*; 仁谷 浩明*; 山本 孝*; 宮永 崇史*; 井川 直樹; 北村 尚斗*; 石田 直哉*; 井手本 康*

Photon Factory News, 33(1), p.18 - 24, 2015/05

固体酸化物型燃料電池の電解質に用いられる安定化ジルコニアにおいて、長時間アニールによる結晶構造、局所構造への影響をマルチプローブ(放射光, 中性子, 第一原理計算)によって考察した。放射光X線,中性子回折を用いたリートベルト解析、最大エントロピー法解析の結果から、アニールすることで、周期的構造が秩序的となる場合と無秩序的になる場合があることが分かった。一方、X線吸収スペクトルと第一原理計算によると、アニールによってZrO$$_{8}$$が歪むことが確認された。これらの結果から、アニールによる導電率の低下は周期的構造が関係していると考えられる。

論文

Development of risk assessment methodology against natural external hazards for sodium-cooled fast reactors; Project overview and strong wind PRA methodology

山野 秀将; 西野 裕之; 栗坂 健一; 岡野 靖; 堺 公明; 山元 孝広*; 石塚 吉浩*; 下司 信夫*; 古川 竜太*; 七山 太*; et al.

Proceedings of 2015 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2015) (CD-ROM), p.454 - 465, 2015/05

本論文では、プロジェクト概要に加えて、主に強風PRA手法開発について述べる。強風PRA手法を開発するにあたって、まず、我が国で記録された気象データに基づき、ワイブル分布及びグンベル分布を用いてハザード曲線を推定した。得られたハザード曲線は、イベントツリー定量化のために5つのカテゴリに離散化した。次に、崩壊熱除去に関連した設備に対する破損確率を求めるために、2つの確率の積で表すことにした。すなわち、飛来物が崩壊熱除去系の空気吸気口と排気口に入る確率と飛来物衝突による破損確率の積である。イベントツリーに基づき最終的に得られた炉心損傷頻度は、グンベル分布で求められたハザード発生頻度の離散化した確率に条件付除熱失敗確率を乗ずることによって、約6$$times$$10$$^{-9}$$と推定された。支配的なシーケンスは、飛来物衝突による燃料タンク火災を従業員が消火できず、崩壊熱除去喪失に至ることであると導かれた。

論文

Development of risk assessment methodology of decay heat removal function against external hazards for sodium-cooled fast reactors, 1; Project overview and margin assessment methodology against snow

山野 秀将; 西野 裕之; 栗坂 健一; 岡野 靖; 堺 公明; 山元 孝広*; 石塚 吉浩*; 下司 信夫*; 古川 竜太*; 七山 太*; et al.

Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 10 Pages, 2015/05

本論文では、プロジェクト概要に加えて、主に積雪マージン評価手法開発について述べる。積雪マージン評価には降雪速度と継続時間の組み合わせが指標となる。降雪中は除雪が期待できるから、除雪速度が降雪速度を下回ったときに除熱失敗と定義すると、その除熱失敗に至るまでの降雪継続時間がマージンとみなされるという積雪マージン評価手法を開発した。

論文

Effect of annealing on crystal and local structures of doped zirconia using experimental and computational methods

伊藤 孝憲*; 森 昌史*; 犬飼 学*; 仁谷 浩明*; 山本 孝*; 宮永 崇史*; 井川 直樹; 北村 尚斗*; 石田 直哉*; 井手本 康*

Journal of Physical Chemistry C, 119(16), p.8447 - 8458, 2015/04

 被引用回数:13 パーセンタイル:48.36(Chemistry, Physical)

放射光X線や中性子線回折によるリートベルト解析・最大エントロピー法解析、X線吸収スペクトル法と第一原理計算を併用することによって、2種類のジルコニア((Zr$$_{0.85}$$Y$$_{0.15}$$)O$$_{2}$$および(Zr$$_{0.81}$$Sc$$_{0.18}$$Ce$$_{0.01}$$)O$$_{2}$$)の結晶構造や局所構造に対するアニーリング効果の相違を調べた。これらジルコニアは共に空間群${it Fm}$-3${it m}$で、大きな原子変位パラメータを持つ立方晶構造であるが、(Zr$$_{0.85}$$Y$$_{0.15}$$)O$$_{2}$$はアニーリングによって原子変位パラメータが減少し、結晶中の電子は、Zr/酸素サイトに集まる傾向を示した。一方、(Zr$$_{0.81}$$Sc$$_{0.18}$$Ce$$_{0.01}$$)O$$_{2}$$ではこれとは逆の傾向を示した。これらの傾向の違いは、(Zr$$_{0.85}$$Y$$_{0.15}$$)O$$_{2}$$ではアニーリングによってジルコニア結晶を構成するZrO$$_{8}$$多面体では局所的な歪みが生じるがその周期性はないこと、一方、(Zr$$_{0.81}$$Sc$$_{0.18}$$Ce$$_{0.01}$$)O$$_{2}$$中のZrO$$_{8}$$多面体は周期性を有し、かつ局所的な歪みが生じるためであることが明らかになった。

論文

Development of margin assessment methodology of decay heat removal function against external hazards, 1; Project overview and snow PRA methodology

山野 秀将; 西野 裕之; 栗坂 健一; 岡野 靖; 堺 公明; 山元 孝広*; 石塚 吉浩*; 下司 信夫*; 古川 竜太*; 七山 太*; et al.

Proceedings of 10th International Topical Meeting on Nuclear Thermal Hydraulics, Operation and Safety (NUTHOS-10) (USB Flash Drive), 12 Pages, 2014/12

本論文は、主に積雪確率リスク評価(PRA)手法開発とプロジェクト概要を記す。積雪ハザード分類では、崩壊熱除去破損の分類にわけたイベントツリーを用いた事故影響を評価する。除雪と空気冷却ダンパの手動操作をアクシデントマネージメントとしてイベントツリーに導入した。積雪PRAの炉心損傷確率は10$$^{-6}$$/年以下の確率と表された。

論文

The Analysis of boron micro-distribution in 9L gliosarmoma cells and HUVEC cells using PIXE and PIGE

遠藤 聖*; 柴田 靖*; 山本 哲哉*; 中井 啓*; 松村 明*; 佐藤 隆博; 横山 彰人; 江夏 昌志; 大久保 猛; 山崎 明義; et al.

JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 86, 2012/01

Micro particle-induced X-ray emission (micro-PIXE) was applied to determine the inter- and intracellular distribution of boron-10 ($$^{10}$$B) in tumor cells. The peak $$^{10}$$B atom measurement was large on the measurement spectrum in comparison to the circumference background. It was possible to confirm that $$^{10}$$B atoms were measured. But, the intracellular micro-distribution of boron could not be clearly detected in this analysis. Improvements are therefore necessary in the technical methods of cell fixation, while the micro-PIXE and PIGE analyzing system also needs to be further upgraded.

論文

COMPASS code development; Validation of multi-physics analysis using particle method for core disruptive accidents in sodium-cooled fast reactors

越塚 誠一*; 守田 幸路*; 有馬 立身*; 飛田 吉春; 山野 秀将; 伊藤 高啓*; 内藤 正則*; 白川 典幸*; 岡田 英俊*; 上原 靖*; et al.

Proceedings of 8th International Topical Meeting on Nuclear Thermal-Hydraulics, Operation and Safety (NUTHOS-8) (CD-ROM), 11 Pages, 2010/10

本論文では、COMPASSコード開発の2009年度成果を報告する。融体固化・閉塞形成,金属燃料の共晶反応,ダクト壁破損(熱流動解析),燃料ピン破損、及びダクト壁破損(構造解析)に関する検証計算が示される。位相計算,古典及び第一原理分子動力学研究は金属燃料とスティール及び制御棒材料とスティールの共晶反応の物性を調べるために用いられた。粒子法の基礎研究やSIMMER計算もまたCOMPASSコード開発に役立った。COMPASSは、SIMMERコードで用いられている実験相関式の基盤を明らかにするものと期待される。SIMMERとCOMPASSの結合はCDAの安全評価並びに炉心設計最適化に有効になるだろう。

論文

ITPA会合報告,29

諫山 明彦; 榊原 悟*; 古川 勝*; 松永 剛; 山崎 耕造*; 渡邊 清政*; 井戸村 泰宏; 坂本 宜照; 田中 謙治*; 田村 直樹*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 86(6), p.374 - 377, 2010/06

この会合報告は、2010年春に開催された国際トカマク物理活動(ITPA)の会合報告を取りまとめたものである。取りまとめたトピカルグループは"MHD安定性", "輸送と閉じ込め物理", "統合運転シナリオ", "ペデスタル物理"及び"高エネルギー粒子物理"の計5グループである。報告内容は、各トピカルグループの国内委員により、各会合で発表されたITER実現に向けた物理課題の解析結果や装置間比較実験報告、また次回会合までに行うべき課題などについてである。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,27

長壁 正樹*; 篠原 孝司; 東井 和夫*; 藤堂 泰*; 濱松 清隆; 村上 定義*; 山本 聡*; 井戸村 泰宏; 坂本 宜照; 田中 謙治*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 85(12), p.839 - 842, 2009/12

この会合報告は、2009年秋に開催された国際トカマク物理活動(ITPA)の会合報告を取りまとめたものである。取りまとめたトピカルグループは"高エネルギー粒子物理", "輸送と閉じこめ物理", "ペデスタル物理", "MHD安定性", "計測"、及び"統合運転シナリオ"の計6グループである。報告内容は、各トピカルグループの国内委員により、各会合で発表されたITER実現に向けた物理課題の解析結果や装置間比較実験結果報告、また次回会合までに行うべき課題などについてである。

論文

Validation for multi-physics simulation of core disruptive accidents in sodium-cooled fast reactors by COMPASS code

越塚 誠一*; 守田 幸路*; 有馬 立身*; Zhang, S.*; 飛田 吉春; 山野 秀将; 伊藤 高啓*; 内藤 正則*; 白川 典幸*; 岡田 英俊*; et al.

Proceedings of 13th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-13) (CD-ROM), 11 Pages, 2009/09

COMPASSコードにより溶融炉心物質の分散・固化が計算され、GEYSER実験データと比較された。溶融炉心物質が配管内面を固化しながら流れていった。溶融プール挙動について、固体スティール球が固体燃料により囲まれた体系であるCABRI-TPA2実験が解析された。スティール球の溶融と沸騰を引き起こすために出力が印加された。SCARABEE-BE+3試験もダクト壁破損の検証としてCOMPASSコードにより解析された。

報告書

高レベル放射性廃棄物処分施設への低アルカリ性セメントの適用性に関する研究,2; 低アルカリ性セメントに関する既往の知見の整理と基礎物性の把握(共同研究)

小林 保之; 山田 勉; 内藤 守正; 油井 三和; 中山 雅; 佐藤 治夫; 西田 孝弘*; 廣永 道彦*; 山本 武志*; 杉山 大輔*; et al.

JAEA-Research 2009-013, 70 Pages, 2009/06

JAEA-Research-2009-013.pdf:8.85MB

高レベル放射性廃棄物処分施設では、施設の建設及び操業中の安全性や作業性確保のため、支保工やグラウト等にセメント系材料を使用することが想定されている。低アルカリ性セメントは、処分システムの長期挙動評価において、高アルカリ性に起因する不確実性を低減させることを目的に開発されているものである。本報告では、既報「高レベル放射性廃棄物処分施設への低アルカリ性セメントの適用性に関する研究(その1)」にて整理したセメント系材料の要求機能をもとに、国内外で開発されている各種低アルカリ性セメント及びコンクリートの諸物性に関する評価の現状調査,適用部位を考慮した低アルカリ性コンクリートの配合検討を行い、今後の課題を抽出した。その結果、初期物性,硬化体物性について各種低アルカリ性セメントは普通ポルトランドセメントとほぼ同等であり、耐溶出性に優れていることが確認された。配合検討では、原子力機構にて開発したHFSCは適切な配合を選定することで、吹付け及び覆工コンクリートへ適用可能との見通しが得られた。今後の課題としては、地下水組成が水和物の溶出特性に与える影響の解明,硬化体からの浸出水のpHの測定方法の精査,鉄筋など鋼材を用いた場合の腐食挙動の評価等が挙げられた。

論文

Next generation safety analysis methods for SFRs, 6; SCARABEE BE+3 analysis with SIMMER-III and COMPASS codes featuring duct-wall failure

上原 靖*; 白川 典幸*; 内藤 正則*; 岡田 英俊*; 山野 秀将; 飛田 吉春; 山本 雄一*; 越塚 誠一*

Proceedings of 17th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-17) (CD-ROM), 10 Pages, 2009/06

COMPASSコードを用いたメゾスコピックなアプローチによって、炉心崩壊事故の事象推移における重要現象の理解が進むと期待される。この論文では、SIMMER-IIIを使用したSCARABEE-BE+3試験の全体的な解析を記述するとともに、SIMMER-IIIによる解析結果から取り出された小さな時空間ウィンドゥにおけるダクト壁破損に注目したCOMPASSを使用した解析について述べる。

論文

COMPASS code development and validation; A Multi-physics analysis of core disruptive accidents in sodium-cooled fast reactors using particle method

越塚 誠一*; Liu, J.*; 守田 幸路*; 有馬 立身*; Zhang, S.*; 飛田 吉春; 山野 秀将; 伊藤 高啓*; 内藤 正則*; 白川 典幸*; et al.

Proceedings of 2009 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '09) (CD-ROM), 1 Pages, 2009/05

ナトリウム冷却高速炉(SFR)での炉心崩壊事故のマルチフィジックス解析のためCOMPASSというコンピュータコードを開発している。熱流動・構造の複合問題にさまざまな相変化過程を伴う解析が必要であるため、MPS法というメッシュレス法を用いている。分離された素過程に対する検証及び実現象に対する検証を実施する。また、COMPASSは、大型SFR炉心における再臨界回避のための溶融燃料の流出を調べることもまた期待される。MOX燃料に加えて、金属燃料も考慮している。金属燃料と被覆材間の共晶反応は、相図計算,古典・第一原理分子動力学によって調べられる。数値計算手法に関連した基礎研究はCOMPASSのコード開発に役立つ。並列計算は大規模計算を扱うためOpenMPを使用して実施する。AVSにより可視化ツールもまた備えている。

報告書

高レベル放射性廃棄物処分施設への低アルカリ性セメントの適用性に関する研究,1; セメント系材料の適用部位と要求機能(共同研究)

小林 保之; 山田 勉; 内藤 守正; 油井 三和; 中山 雅; 佐藤 治夫; 西田 孝弘*; 廣永 道彦*; 山本 武志*; 杉山 大輔*; et al.

JAEA-Research 2008-112, 43 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-112.pdf:4.58MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分施設の建設では、坑道の空洞安定性や湧水の抑制、あるいは施設操業時の作業性を確保するため、支保工,グラウト,覆工等にセメント系材料の使用が想定される。しかし、セメント系材料の使用は、周囲地下水のpHを上昇させ、人工バリア材や天然バリアである岩盤が変質する可能性があり、処分システムの長期性能に有意な影響を与えることが懸念されている。以上の背景から、地層処分向けの低アルカリ性セメントに関する研究開発が国内外で進められており、日本原子力研究開発機構では、これまでに支保工や覆工への適用性の検討を重ね、今般幌延の地下研究施設において施工試験を行う計画である。一方、電力中央研究所では、放射性廃棄物処分全般にかかわるセメント系材料の研究開発を実施してきている。本共同研究報告では、高レベル放射性廃棄物処分施設で使用することを想定したセメント系材料について、その適用性を評価するうえで必要となる処分場とその周辺の地質環境条件を整理したうえで、セメント系材料の適用部位や処分の各段階で要求される機能と性能を抽出・整理し、今後の低アルカリ性セメント開発に資するよう取りまとめを行った。

論文

光電子分光と基板曲率測定によるSi(110)初期酸化過程の評価

山本 喜久*; 鈴木 康*; 宮本 優*; Bantaculo, R.*; 末光 眞希*; 遠田 義晴*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆; 朝岡 秀人; 山崎 竜也

薄膜・表面物理分科会/シリコンテクノロジー分科会共催特別研究会研究報告, p.207 - 210, 2009/01

本研究では、Si(110)表面が酸素で被覆される際の基板の反りを光学的に測定し、(001)方向と(-110)方向について酸化時の曲率の変化を評価した。また、酸素吸着量及び化学結合状態の時間発展を光電子分光により評価し、基板曲率測定の結果と併せてSi(110)酸化の異方性について検討した。基板曲率はmulti-beam optical sensorシステムを用いた。光電子分光はSPring-8のBL23SUに設置された表面化学実験ステーションで行い、O1sから酸素吸着量を、Si2pから化学結合状態を評価した。酸化は両実験とも5.0ないし6.7$$times$$10$$^{-6}$$ Paの純酸素ガスで行い、基板温度は600$$^{circ}$$Cとした。(-110)方向では酸化膜側が凸になる圧縮性の応力が生じるのに対し、(001)方向には酸化膜側が凹になる伸張性の応力が生じた。光電子分光実験では、Si(110)表面ではlayer-by-layer様式で酸化が進行しない結果を得ている。(001)方向に伸張性の応力が作用するという曲率測定の結果は、(001)方向成分を有するB-bondへの酸素結合を支持する。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,24

井戸村 泰宏; 吉田 麻衣子; 矢木 雅敏*; 田中 謙治*; 林 伸彦; 坂本 宜照; 田村 直樹*; 大山 直幸; 浦野 創; 相羽 信行; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 84(12), p.952 - 955, 2008/12

2008年の秋季に、ITPAに関する6つの会合(「輸送と閉込め物理」,「周辺及びペデスタル物理」,「MHD安定性」,「統合運転シナリオ」,「高エネルギー粒子物理」,「スクレイプオフ層及びダイバータ物理」)が開催された。前回までのグループが再編成されグループ名も改称されるとともに、新議長,新副議長が就任し、各国の委員も更新された。各会合の詳細と次回会合の予定(開催日程,場所)等を報告する。

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