Recent progress in R&D for long pulse and ultra-high voltage components for the ITER HNB

柏木 美恵子; 梅田 尚孝; 小島 有志; 吉田 雅史; 戸張 博之; 大楽 正幸; 山中 晴彦; 前島 哲也; 山下 泰郎*; 柴田 直樹; et al.

Fusion Engineering and Design, 96-97, p.107 - 112, 2015/10

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2015.01.041

原子力機構では、ITER加熱用中性粒子入射装置(HNB)に要求される、1MeV、40A、3600秒の負イオンビーム生成に必要な高電圧機器、1MeV加速器、及び1MV高電圧電源のR&Dを進めている。1MeV加速器R&Dでは、ITER同様の多孔多段加速器で数十秒の長パルス運転を目指し、今回、引出し電極において、負イオンと共に引き出される電子を長時間熱化処理するための冷却構造の強化、及び加速器内の磁場で曲がるビーム軌道を補正する孔軸変位を施した。その結果、加速電極への熱負荷を23%から13%に低減し、ビームエネルギーを0.4秒の短パルスで0.9MeVから1MeVへ、パルス幅をエネルギー0.7MeVで従来より二桁高い60秒まで進展させた。高電圧電源R&Dでは、1MV絶縁変圧器の実現に向けて従来の巨大碍子製ブッシングに変わり、サイズ・コスト共に従来の1/3に低減可能な、小型碍子製ブッシングにFRP円筒を被せた同軸構造ブッシングを開発した。これにより定格電圧の1.2倍である1.2MVで3600秒運転を達成し、本変圧器製作を確実にした。以上のように日本調達機器のR&Dは順調に進展している。

Design of a -1 MV dc UHV power supply for ITER NBI

渡邊 和弘; 山本 昌則; 武本 純平; 山下 泰郎*; 大楽 正幸; 柏木 美恵子; 谷口 正樹; 戸張 博之; 梅田 尚孝; 坂本 慶司; et al.

Nuclear Fusion, 49(5), p.055022_1 - 055022_5, 2009/05

https://doi.org/10.1088/0029-5515/49/5/055022

ITER中性粒子入射装置には-1MVの直流電源システムが必要であり、日本とEUが分担して製作する計画である。原子力機構は、日本国内機関としてITER中性粒子入射装置電源システムのうち、-1MVの直流超高圧発生部,伝送系, -1MV絶縁変圧器,サージ抑制装置などの超高電圧の主要な機器を分担する。これまでに、これら機器の設計を行った。インバータ電源の周波数については、回路定数から150Hzが適切な値であることを示し、採用された。直流超高圧の絶縁については、長時間の電界分布の変化を考慮し、その主要な機器の設計を行った。サージ抑制機能についても、回路解析を行い、サージブロッカによるエネルギー吸収素子や抵抗素子を適用することにより、負荷である加速器への流入エネルギーを20ジュール程度以下に抑制できることを確認した。

Fuel performance evaluation of rock-like oxide fuels

白数 訓子; 蔵本 賢一; 中野 佳洋; 山下 利之; 木村 康彦; 二瓶 康夫; 小川 徹

Journal of Nuclear Materials, 376(1), p.88 - 97, 2008/05

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2008.01.019

Pu利用法の一つのオプションとして、現行の軽水炉中でPuをほぼ完全に燃焼させ使用済燃料を安定な廃棄物として直接処分できる岩石型燃料とその軽水炉燃焼技術の開発を進めている。この岩石型燃料の照射挙動を評価するために、照射試験を行った。試験には、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)単相燃料,YSZ粒子をスピネルもしくはコランダム中に分散させた粒子分散型燃料,YSZ-スピネル,YSZ-コランダム,YSZ-スピネル-コランダムの均質型燃料を供した。スピネルを含む燃料は化学的に不安定であり、MgOの蒸発,燃料組織の再編成が起きることが明らかになった。燃料のスエリング挙動は燃料を粒子分散型とすることにより改善されることが確認されたが、ガス放出率は均質型燃料よりも高くなった。YSZ単相燃料のガス放出挙動と温度や燃焼度との関係は、UO燃料と類似することが明らかになった。照射試験を行った岩石型燃料のうち、YSZ単相燃料がもっとも優れた照射挙動を示した。

Development of a dc 1MV power supply technology for NB injectors

渡邊 和弘; 柏木 美恵子; 川島 秀一*; 小野 要一*; 山下 泰郎*; 山崎 長治*; 花田 磨砂也; 井上 多加志; 谷口 正樹; 奥村 義和; et al.

Nuclear Fusion, 46(6), p.S332 - S339, 2006/06

https://doi.org/10.1088/0029-5515/46/6/S15

1MeV級の中性粒子入射装置用電源における重要な技術は、超高電圧の高速制御,直流1MVの電送,イオン源で放電破壊の際のサージの抑制である。超高電圧の制御については、これまでのパワー半導体の進歩を反映させ、従来のGTOインバータをIEGT素子に変えたインバータについて検討した。その結果、インバータでの損失を従来の1/3に低減でき、大きさとしてもGTO方式の6割に小型化できることを示した。さらに、1MV電送については、重要な要素である超高圧のブッシングについての試作試験で十分な耐電圧を確認した。また、サージの抑制については、高磁束密度で周波応答の良いファインメットコアを用いることで、サージの吸収が可能である。これらの技術のこれまでの進展について述べる。

原研-サイクル機構融合研究成果報告書; 照射環境における原子炉構造材料の劣化現象に関する研究

上野 文義; 永江 勇二*; 根本 義之; 三輪 幸夫; 高屋 茂*; 星屋 泰二*; 塚田 隆; 青砥 紀身*; 石井 敏満; 近江 正男; et al.

JAERI-Research 2005-023, 132 Pages, 2005/09

JAERI-Research-2005-023.pdf:33.03MB

原研とサイクル機構は、平成15年度から研究開発の効率的推進と研究の相乗的発展を目指す「融合研究」を開始した。本研究は、「融合研究」の一つとして、高速炉や軽水炉環境などの照射環境において生じる構造材料の照射劣化現象を対象に、劣化機構の解明,早期検出及び評価方法の開発を目的とした。平成1617年度は、本研究に用いる照射材対応の遠隔操作型の微少腐食量計測装置,腐食試験装置及び漏えい磁束密度測定装置を整備し、SUS304の照射後及び非照射クリープ試験片や照射後高純度モデル材を共通試料とし、両手法を用いた劣化検出を試みるとともに、比較のための非照射劣化模擬試料を用い、基礎的なデータを取得した。これらの結果に基づき、本研究において提案した劣化評価法の適用性を検討した。

Mass-spectrometric study of PuCd

中島 邦久; 荒井 康夫; 山下 利之

Journal of Physics and Chemistry of Solids, 66(2-4), p.639 - 642, 2005/02

https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2004.06.072

PuCd金属間化合物は、金属PuとCdを約950Kで加熱することで調製した。X線回折測定によってPuCdはCdI型であることがわかった。質量分析測定は650-770Kの温度範囲で行った。この温度領域においてPuCd+Pu上のCd蒸気圧は、Cd上の蒸気圧よりも3-5桁低くなった。また、これらの蒸気圧からPuCdの生成自由エネルギーを評価した。

Re-evaluation of the phase relationship between plutonium and zirconium dioxides

芹澤 弘幸; 中島 邦久; 荒井 康夫; 山下 利之; 蔵本 賢一; 木下 肇*; 山中 伸介*; 宇埜 正美*; 黒崎 建*

Progress in Nuclear Energy, 38(3-4), p.237 - 240, 2001/02

https://doi.org/10.1016/S0149-1970(00)00107-4

高温X線回折法によって、ZrO-PuO系固溶体の高温相を組成領域3.1~11.2mol%PuO、温度領域1000~1200において調べ、同系の状態図を提案した。今回調べた組成範囲では、すべての試料が同様高温挙動を示した。1000では、単斜晶と立方晶の2相であった。1100では、これらの2相加えて正方晶が検出された。1200では、低温相である単斜晶が消失し、再び2相共存状態であることが判明した。さらに詳細な測定を行った結果、低温相の消失温度は組成に依存せず、約1190であることが明らかにされた。この結果は、ZrO-PuO系状態図に共折線が存在する可能性を示唆している。共折点の正確な組成については不明であるが、PuO含有量にして、3.1mol%以下であることがわかった。

氷粒ブラスト装置の試験研究, II

西本 亘*; 木室 晴視*; 石橋 征二郎*; 宮原 修二*; 山下 三郎*; 林 三雄*; 鈴木 洋二*; 広瀬 康雄*

PNC TJ118 85-06VOL2, 221 Pages, 1985/04

PNC-TJ118-85-06VOL2.pdf:20.84MB

大洗工学センター固体廃棄物前処理施設(WDF)内の除染セルに於いて,氷粒プラスト装置を除染装置として使用する場合を考えて,装置化を目標とした試験研究を実施した。粒子の選定に関しては,製造法の異なる二種類の粒子についてプラスト試験を実施して比較した。結果は,両者に顕著な差はなく,氷の含有が多くなるほど,硬さの効果で練瓦等の研削能力に勝れ,ドライアイスの含有が多くなるほど,低温の効果で塗料等の剥離能力に勝れていることが分かった。WDFに搬入されるルーズな付着の汚染物や塗装製品の汚染物に対し剥離効果が得られ,粒子製造装置としては,装置の小型化,自動操作化に適するプレミックス法を選定した。選定した粒子について,プラスト性能に影響を及ぼすと考えられる因子をパラメータとし,模擬試験片への投射実験を実施して,研掃力限界におよび研掃効率の把握を行った。また,前年度の設計研究で提起された装置化上の諸問題点について,対策方法を実験あるいは調査検討により解決を行い,WDF向の氷粒プラスト装置の基本設計を実施した。

ITER中性粒子入射装置用1MV電源の設計

山本 昌則; 渡邊 和弘; 井上 多加志; 山下 泰郎*

no journal, , 

ITER用NBI電源は、エネルギー1MeVで電流40Aの負イオンビームを加速するための直流超高圧電源である。日本はNBI電源のうち、1MV超高圧発生部,伝送部,サージ抑制部等の主要な機器を担当する。特に、イオン源放電破壊時のサージ抑制は、イオン源と加速器の保護及びビームの安定出力に極めて重要である。一方、サージ抑制機器は、性能はもちろんのこと電源全体の機器配置とも協調のとれたものでなければならない。そこで、最新のサイト機器配置等の諸条件を考慮し、回路解析コードEMTDCを用いてサージ抑制機器の定数,配置について次の項目について検討した。(1)サージブロッカーを高電位デッキ2(重水素・冷却水絶縁供給部)の前後に分配して配置する。(2)電源リターンラインにエネルギー吸収用の抵抗(50)を新たに設置する。(3)中間電極保護抵抗は、加速器直前の設置が不可能であり、高電位デッキ2の上流側に設置する。これらの検討の結果、加速器への流入エネルギーを許容値(50J)以下に抑えられることを明らかにした。

ITER NBI用高電圧ブッシングの構造仕様の検討

戸張 博之; 梅田 尚孝; 渡邊 和弘; 井上 多加志; 坂本 慶司; 山下 泰郎*

no journal, , 

原子力機構では、ITER NBI用高電圧ブッシングの設計検討及び構成部材の開発を進めている。絶縁材として用いる大口径アルミナセラミック(外径1560mm)のコバールを封着剤とした金属接合(銀ロウ付け)試験,試作した1/2サイズモックアップブッシングの真空耐電圧試験、並びに電界解析によるブッシング内部構造の改良を中心に高電圧ブッシングの設計検討について報告する。