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小坂 亘; 内堀 昭寛; 岡野 靖; 柳沢 秀樹*
Proceedings of 20th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-20) (Internet), p.1150 - 1163, 2023/08
ナトリウム冷却型高速炉における蒸気発生器(SG)の安全性評価及び設計について、SG内伝熱管からの加圧水のリーク及びその後の事象進展の評価は重要である。解析コードLEAP-IIIは半経験式や1次元保存式などの低計算コストなモデルで構成されるために短い計算時間で水リーク率等を評価でき、革新炉開発における多様なSG設計の探求を加速させることが期待される。しかし、現在の温度分布評価モデルには、過度な保守性を示す場合があること、及びチューニングのために予備的な実験又は詳細な数値解析が必要とされて準備に時間がかかることに課題がある。これらを改善するため、より単純な計算原理に従い、機構論的な側面を持ちつつも高速計算可能なラグランジュ粒子法コードの開発に取り組んでいる。今回は、本粒子法コードに実装されている粒子ペア探索手法の効率化、及び粒子ペア探索を用いずに同等の結果を得るためのモデルの開発を行った。テスト解析を通して、これらのモデル改良による計算時間短縮効果を確認し、また、伝熱管破損判定に重要な伝熱管周囲の代表温度について、詳細な機構論的解析コード(SERAPHIM)による評価結果とよい一致を示すことを確認した。
小坂 亘; 内堀 昭寛; 高田 孝; 柳沢 秀樹*; 渡部 晃*; Jang, S.*
Proceedings of 19th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-19) (Internet), 11 Pages, 2022/03
ナトリウム(Na)冷却高速炉の蒸気発生器(SG)の安全性評価のため、解析コードLEAP-IIIではSG内伝熱管の破損に端を発する伝熱管破損伝播を含む長時間事象進展中の水リーク率を評価する。LEAP-IIIは半理論式や1次元保存式で構成されるため、低計算コストで計算が完了するという利点がある。しかしながら、反応ジェットにより形成される温度分布についての評価モデルが実験結果より過度に広い高温領域を与えている。結果として、LEAP-IIIは過度に保守的な結果を示すことがある。より現実的な温度分布評価を与えるようにモデルを改良するため、工学的近似を用いた粒子法コードの開発を行ってきた。この手法では、ジェット挙動と化学反応について、Na-水反応と多次元多相流の方程式群を解く代わりに、いくつかの工学的近似を用いたニュートンの運動方程式により評価する。本研究では、粒子間相互作用力モデルを追加し、化学反応・気液相間熱伝達の評価モデルを高度化した。テスト解析を実施し、本粒子法の結果をSERAPHIM(Na-水反応と非圧縮性を考慮した多次元多相流についての機構論的解析コード)の結果と比較した。このテスト解析を通じ、粒子法が低計算コストで現実的な温度分布を評価するという点について基本的な適用性が確認でき、また、LEAP-IIIとの連成によって伝熱管破断予測が可能であることも確認した。
小坂 亘; 内堀 昭寛; 柳沢 秀樹*; 高田 孝; Jang, S.*
日本機械学会論文集(インターネット), 88(905), p.21-00310_1 - 21-00310_9, 2022/01
仮にナトリウム(Na)冷却高速炉の蒸気発生器(SG: Steam generator)内部の伝熱管から加圧された水/水蒸気が漏えいした場合、管内外の圧力差のため高流速かつ高温の腐食性ジェットを形成される。このジェットが隣接する管に新たな破損を生じさせ、管破損が伝播する可能性がある。このような伝熱管破損伝播事象の評価はNa冷却高速炉の安全性評価において重要である。数値解析コードLEAP-IIIは、実験相関式や1次元保存式などで構成され、事象進展に伴う水リーク率変化を低計算コストで評価できるが、構成モデルのひとつである現在の反応ジェット温度分布評価モデルでは、いくつかの条件において高温領域を過度に広く評価する。低計算コストという利点を生かしつつ、この温度分布評価を精緻化するため、工学的近似に基づいたLagrange粒子法コードを開発してきた。本論文では、管群内の流体挙動評価に注目し、管近傍の粒子挙動に関する新しいモデルを構築した。本粒子コードと既往の計算流体力学コードを用いてテスト解析を行い、構築したモデルにより、ターゲット管内部に粒子が侵入しない、管周りに粒子が広がる、最終的に浮力方向への運動に帰結する、という基本的な挙動が示されることを確認した。
小坂 亘; 内堀 昭寛; 柳沢 秀樹*; 高田 孝; Jang, S.*
Proceedings of 28th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE 28) (Internet), 6 Pages, 2021/08
ナトリウム冷却高速炉の蒸気発生器の安全性評価や設計において、ナトリウム-水反応で生じる多相流の影響を評価することは重要である。伝熱管より高圧水あるいは高圧水蒸気が漏洩した場合、腐食性で高温かつ高流速のジェットが形成され、隣接伝熱管の破損を引き起こす可能性がある。多数の伝熱管破損が発生することにより、冷却系における1次-2次系バウンダリの破損に至る。上述した現象の影響を考慮した水リーク率を短い計算時間で評価するために、数値解析コードLEAP-IIIが開発されてきた。しかしながら、現在のEAP-IIIでは、構成要素のひとつである温度分布評価モデルのために、いくつかの解析条件で過度な保守性を示している。この過度な保守性を適正化するため、新たに工学的近似を用いたラグランジュ粒子法を開発した。また、蒸気発生器内における水蒸気ジェットの時間発展を模擬するテスト解析を実施した。解析結果をSERAPHIM(圧縮性と化学反応を考慮した多次元多相流熱流動解析コード)による結果と比較した。このテスト解析により、本手法の基本的な適用性を確認した。
小坂 亘; 内堀 昭寛; 柳沢 秀樹*; 高田 孝; Jang, S.*
第25回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集(インターネット), 4 Pages, 2021/07
ナトリウム冷却高速炉蒸気発生器の安全性評価において、伝熱管破損伝播の事象進展予測をするための解析コードLEAP-IIIの整備を進めている。構成モデルのひとつである反応ジェット温度場評価モデルは、条件によっては高温領域を過度に広く評価することがある。この点を改善すべく、反応ジェット挙動をラグランジュ粒子で表現し、工学的観点に基づくモデルを取り入れた解析手法を開発した。解析結果を機構論的ナトリウム-水反応解析コードSERAPHIMによる結果と比較し、開発したモデルの妥当性を検討した。
内堀 昭寛; 柳沢 秀樹*; 高田 孝; Li, J.*; Jang, S.*
Mechanical Engineering Journal (Internet), 7(3), p.19-00548_1 - 19-00548_11, 2020/06
ナトリウム冷却高速炉の蒸気発生器において、伝熱管破損時のナトリウム-水反応現象の影響による破損伝播の発生有無と水リーク率を評価することが重要な課題となっている。既往研究において、事象が終息するまでの長時間事象進展におけるウェステージ型破損伝播を評価対象とする解析手法が開発された。本研究では、ウェステージ型破損伝播に加え高温ラプチャ型破損伝播を評価対象に含めるため、これに対応する解析モデルを開発、追加し、その妥当性を確認した。また、ナトリウム-水反応発生時の温度分布に対する評価精度を向上させるため、反応ジェットの挙動をラグランジュ粒子で評価する手法を開発し、その基本的な機能を確認した。
内堀 昭寛; 柳沢 秀樹*; 高田 孝; 大島 宏之
日本機械学会論文集(インターネット), 86(883), p.19-00353_1 - 19-00353_6, 2020/03
ナトリウム冷却高速炉の蒸気発生器において、伝熱管破損時のナトリウム-水反応現象の影響による破損伝播の発生有無と水リーク率を評価することが重要な課題となっている。既往研究において、事象が終息するまでの長時間事象進展におけるウェステージ型破損伝播を評価対象とする解析手法が開発された。本研究では、ウェステージ型破損伝播に加え高温ラプチャ型破損伝播を評価対象に含めるため、これに対応する解析モデルを開発、追加した。ナトリウム-水反応試験を対象とした解析を実施し、解析手法の妥当性を確認した。
内堀 昭寛; 柳沢 秀樹*; 高田 孝; Li, J.*; Jang, S.*
Proceedings of 27th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-27) (Internet), 6 Pages, 2019/05
ナトリウム冷却高速炉の蒸気発生器における、高温ラプチャ型伝熱管破損伝播の発生有無を評価する解析モデルを開発した。液体ナトリウム中水蒸気噴出試験を解析し、同モデルの適用性を確認した。また、ナトリウム側温度分布評価の精度向上のため、Lagrange粒子により反応ジェットを模擬する解析モデルも併せて開発した。Lagrange粒子モデルを適用した解析では、噴出した粒子が、粒子-粒子及び粒子-伝熱管の相互作用により体系内に広がる挙動を確認した。
内堀 昭寛; 柳沢 秀樹*; 高田 孝; 栗原 成計; 浜田 広次; 大島 宏之
Journal of Nuclear Science and Technology, 56(2), p.201 - 209, 2019/02
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)ナトリウム冷却高速炉の蒸気発生器において、伝熱管破損時のナトリウム-水反応現象の影響による破損伝播の発生有無を評価することが重要な課題となっている。本研究では、既存の伝熱管破損伝播解析コードにおいて高温ラプチャ型破損伝播を評価対象に含めるため、これに対応する解析手法を開発した。液体ナトリウム中水蒸気噴出試験を解析し、同解析手法の適用性を確認した。
内堀 昭寛; 柳沢 秀樹*; 高田 孝; 大島 宏之
Proceedings of 11th Korea-Japan Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-11) (Internet), 6 Pages, 2018/11
ナトリウム冷却高速炉の蒸気発生器において、伝熱管破損時のナトリウム-水反応現象の影響による破損伝播の発生有無と水リーク率を評価することが重要な課題となっている。既往研究において、事象が終息するまでの長時間事象進展におけるウェステージ型破損伝播を評価対象とする解析手法が開発された。本研究では、ウェステージ型破損伝播に加え高温ラプチャ型破損伝播を評価対象に含めるため、これに対応する解析モデルを開発、追加した。ナトリウム-水反応試験を対象とした解析を実施し、解析手法の妥当性を確認した。
内堀 昭寛; 高田 孝; 柳沢 秀樹*; Li, J.*; Jang, S.*
Proceedings of 2018 ANS Winter Meeting and Nuclear Technology Expo; Embedded Topical International Topical Meeting on Advances in Thermal Hydraulics (ATH 2018) (USB Flash Drive), p.1289 - 1294, 2018/11
ナトリウム冷却高速炉の蒸気発生器において、伝熱管破損時のナトリウム-水反応現象の影響による破損伝播の発生有無と水リーク率を評価することが重要な課題となっている。既往研究において、事象が終息するまでの長時間事象進展におけるウェステージ型破損伝播を評価対象とする解析手法が開発された。本研究では、ウェステージ型破損伝播に加え高温ラプチャ型破損伝播を評価対象に含めるため、これに対応する解析モデルを開発、追加し、その妥当性を確認した。また、ナトリウム-水反応発生時の温度分布に対する評価精度を向上させるため、反応ジェットの挙動をラグランジュ粒子で評価する手法を開発し、その基本的な機能を確認した。
内堀 昭寛; 柳沢 秀樹*; 高田 孝; 栗原 成計; 浜田 広次; 大島 宏之
JAEA-Research 2017-007, 61 Pages, 2017/07
JAEA-Research-2017-007.pdf:4.3MB
ナトリウム冷却高速炉の蒸気発生器に対する安全評価では、伝熱管破損時のナトリウム-水反応現象の影響による破損伝播の発生有無と水リーク率を評価することが必要である。既往研究において、ウェステージ型破損伝播を伴う長時間事象進展解析コードLEAP-IIが開発されたが、将来炉の新型SGでは水・蒸気系の高温・高圧化が指向されていることから、高温ラプチャ型破損伝播も評価対象に含めることが重要な課題となっている。そこで、本研究では高温ラプチャの発生有無を評価する解析モデルを構築し、LEAP-IIコードへ導入した。本解析モデル導入後の解析コードをLEAP-IIIとした。本解析モデルの機能確認として、伝熱管群の存在する体系におけるナトリウム-水反応試験を対象とした解析を実施した。本解析では水リーク管周辺における模擬伝熱管で高温ラプチャが発生する結果が得られ、解析モデルが正しく機能し、なおかつ保守的な評価結果を与えることを確認した。
栗原 成計; 梅田 良太; 柳沢 秀樹*; 大島 宏之
第16回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集, p.9 - 10, 2011/06
高速炉蒸気発生器(SG)における伝熱管破損時には、高圧の水/蒸気がナトリウム(Na)中へ漏えいし、伝熱管束部にはNaと水との発熱反応によって高温・高速・腐食性の反応ジェットが形成される(Na-水反応)。この高温反応ジェットの熱的影響を受ける隣接伝熱管は、機械的強度の低下で内圧破裂(高温ラプチャ)し、破損伝播の可能性が懸念される。本研究では、隣接伝熱管への熱移行解析評価手法構築に不可欠となる伝熱管内(水側)の詳細な伝熱特性を把握することを目的として、高温ラプチャ評価上安全裕度が最も小さいとされるSG部分負荷運転条件である低質量流量・高サブクール水を通水した伝熱管に対し、反応ジェットを模擬した急速加熱試験を行った。伝熱管内表面温度及び熱流束を正確に推定し、それらの時間変化より管内の流動状況や伝熱特性を検討した。さらに、水側評価で用いる汎用ブローダウン解析コードRELAP5に適用されている伝熱相関式を改良した結果について報告する。
松浦 秀治*; 柳澤 英樹*; 西野 公三*; 野尻 琢慎*; 明神 喜子*; 松山 雄炯*; 小野田 忍; 大島 武
Open Applied Physics Journal (Internet), 4, p.37 - 40, 2011/05
The mechanism of the reduction in the electron concentration in lightly Nitrogen (N) doped n-type 4H Silicon Carbide (SiC) epilayers by 200 keV electron irradiation is investigated. The densities and energy levels of donors and the compensating density are determined by applying a graphical peak analysis method to the temperature dependence of the electron concentration in the epilayer before and after irradiations. As a result, we found that the density of N donors at hexagonal C-sublattice sites was reduced much more than the density of N donors at cubic C-sublattice sites.
松浦 秀治*; 柳澤 英樹*; 西野 公三*; 野尻 琢慎*; 小野田 忍; 大島 武
Proceedings of 9th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-9), p.89 - 91, 2010/10
Change of temperature dependence of hole concentration (p(T)) in lightly Aluminium (Al)-doped 4H-SiC (Silicon Carbide) epilayers by 100 or 150 keV electron irradiation was investigated. Moreover, the decrease in the electron concentration (n(T)) in lightly Nitrogen(N)-doped n-type 4H-SiC epilayers by 200 keV electron irradiation was investigated. In the lightly Al-doped 4H-SiC, p(T) was unchanged by 100 keV electron irradiation at fluences up to 7
10
cm
. However, 150 keV electron irradiation, the reduction of p(T) was observed. This suggests that the 150 keV electron irradiation can displace substitutional carbon (C) atoms in SiC. In the lightly N-doped 4H-SiC, n(T) over the temperature range of the measurement was reduced by 200 keV electrons. This result is quite different from that in the lightly Al-doped 4H-SiC, because p(T) in Al-doped 4H-SiC was reduced only at low temperatures by 200 keV electrons.
吉川 龍志; 浜田 広次; 大島 宏之; 柳沢 秀樹*
JAEA-Research 2008-058, 29 Pages, 2008/06
JAEA-Research-2008-058.pdf:1.31MB
日本原子力研究開発機構では、高速増殖炉実用化に向けて、直管型2重伝熱管を用いた大型ナトリウム炉の蒸気発生器に対する研究開発を行っている。その一環として、蒸気発生器水側の流動安定性を実験的及び解析的に評価している。この報告書では、蒸気発生器水側の流動安定性を対象とした数値解析手法を検討した。数値解析では、均質流モデルを用いて単一伝熱管流動不安定性解析コードを作成した。密度波不安定流動に対する出入口圧力,熱流束を境界条件として与えて、入口流量を計算するアルゴリズムを確立した結果、均質流モデルで単一伝熱管流動不安定性を解析できることを確認した。精度向上のため、基礎式にサブクール沸騰及び二相流スリップ効果を取り込むことができるドリフトフラックスモデルを検討し、ドリフトフラックスモデルによる単一伝熱管流動不安定性解析コードを作成した。そして密度波不安定流動に対する境界条件及び解析アルゴリズムを利用して、ドリフトフラックスモデルでの不安定性解析機能を確認した。
吉川 龍志; 浜田 広次; 大島 宏之; 柳沢 秀樹*
第13回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集, p.495 - 496, 2008/06
高速増殖炉の蒸気発生器における詳細な熱流動現象を評価することを目的として、数値解析コードを整備している。その一環として、サブクール沸騰及び二相流スリップ効果を取り込んだドリフトフラックスモデルを用いて、蒸気発生器水側の不安定挙動解析に適用可能な手法を開発した。また、密度波不安定流動に適用する解析アルゴリズムを検討した結果、複雑な行列計算の必要がない、大きい時間ステップが可能である数値方法を考案した。サブクール沸騰モデルについては、定常流動のボイド率分布の計算によりその機能を検証した。さらに、出入口圧力,熱流束を境界条件として与えて、入口流量を計算する流動不安定性解析により、非定常流動の解析機能を確認した。
柳澤 英樹*; 井澤 圭亮*; 松浦 秀治*; 大島 武
no journal, ,
200keV程度の低エネルギー電子線照射による炭化ケイ素(SiC)半導体の物性変化をキャリア濃度の観点から調べた。試料はp型のエピタキシャル膜付6H又は4H-SiCを用い、200keV電子線を510/cm
まで室温にて照射した。キャリア濃度はHall係数測定により決定した。その結果、4H-SiC, 6H-SiCともに電子線照射量の増加とともにキャリア濃度は減少するが、6H-SiCの方が4H-SiCに比べてキャリア濃度の減少が大きいことが明らかとなった。200keVの電子線照射によって、炭素(C)原子のみがはじき出されることを考えると、今回得られた結果は、Al原子に隣接するC原子が変位する割合は6H-SiCの方が4H-SiCに比べ高いことが推測される。
柳澤 英樹*; 西野 公三*; 野尻 琢慎*; 松浦 秀治*; 小野田 忍; 大島 武
no journal, ,
耐放射線性に優れた半導体として注目されている炭化ケイ素(SiC)に電子線を照射し、照射前後の正孔密度の変化をHall効果測定を用いて評価した。試料は、アルミニウム(Al)が不純物として導入されている六方晶(6H)-SiCを使用した。試料に100keVの電子線を照射した場合、正孔の密度が増加した。FCCS(Free Carrier Concentration Spectroscopy)法による評価から、増加の原因は、深い正孔トラップ密度が減少したことにあることがわかった。一方、200keVの電子線を照射した場合、正孔密度は減少したが、500
Cで2分間のアニール処理により、Alアクセプタが回復し正孔密度が回復を示した。
西野 公三*; 柳澤 英樹*; 野尻 琢慎*; 松浦 秀治*; 小野田 忍; 大島 武
no journal, ,
耐放射線性に優れた半導体として注目されている炭化ケイ素(SiC)に電子線を照射し、炭素(C)原子が変位することにより生じる空孔型欠陥(V
)が、アルミニウムを不純物として添加した六方晶(4H)-SiCに及ぼす影響を調べた。SiCに対して複数のエネルギー(100, 150, 200keV)の電子線を照射する実験から、C原子が変位するための閾値エネルギーが、20eVより大きく32eVよりも小さいことを明らかにした。つまり、200keV電子線照射では、格子位置の原子のうちC原子のみが変位することがわかった。アクセプタ密度の照射量依存性の結果から、C原子が変位した空孔型欠陥と、シリコンサイトにアルミニウムが置換したAl
との複合欠陥が、従来起源不明であった深い準位を持つアクセプタに相当することを示した。
