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論文

Improvement of steam generator tube failure propagation analysis code LEAP for evaluation of overheating rupture

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

 パーセンタイル:100(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。

論文

Advancement of numerical analysis method for tube failure propagation

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。

報告書

蒸気発生器における伝熱管破損時長時間事象進展解析コードLEAP-IIIの開発

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。

論文

高速実用炉蒸気発生器におけるナトリウム-水反応時の隣接伝熱管内熱伝達特性

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。

論文

Reduction of electron concentration in Lightly N-Doped n-Type 4H-SiC epilayers by 200 keV electron irradiation

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.

論文

Reduction in majority-carrier concentration in N-doped or Al-doped 4H-SiC epilayer by electron irradiation

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$$times$$10$$^{16}$$ cm$$^{-2}$$. 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.

報告書

SG水側流動不安定解析手法の検討

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。

論文

高速炉蒸気発生器水側熱流動解析手法の開発

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。

口頭

200keV電子線照射によるAl-doped 6H-SiCエピ膜中のアクセプタ密度の変化

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5$$times$$10$$^{16}$$/cm$$^{2}$$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。

口頭

100keV電子線照射とアニールによるAl-doped 6H-SiCエピ膜中の正孔密度の増加

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$$^{circ}$$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。

口頭

C原子変位により生じるAl-doped 4H-SiCのアクセプタ密度の変化について

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$$_C$$)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$$_{Si}$$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。

口頭

高速炉蒸気発生器伝熱管におけるナトリウム-水反応時の水側伝熱特性

栗原 成計; 大島 宏之; 柳沢 秀樹*

no journal, , 

高速炉蒸気発生器では伝熱管からの水漏えいで生じるナトリウム-水反応により、高温かつ高腐食性の反応ジェットが形成される。高温の反応ジェットに曝される隣接伝熱管は、その機械的強度が低下し内圧によって破損する可能性がある。このため、高温ラプチャ現象を高精度に予測するには、伝熱管温度を詳細に評価する必要がある。そこで、ナトリウム冷却高速炉蒸気発生器の部分負荷運転条件である伝熱管に対し、ナトリウム-水反応を模擬した急速加熱試験を行い、伝熱管内表面での熱流束及び温度を推定して水側伝熱特性の空間特性を定性的に確認した。

口頭

ナトリウム-水反応を模擬した急速加熱伝熱管内水側伝熱特性

栗原 成計; 大島 宏之; 柳沢 秀樹*

no journal, , 

実用高速炉(JSFR)の蒸気発生器(SG)において、伝熱管破損で生じうる隣接伝熱管の高温ラプチャ現象を予測するうえで、隣接伝熱管の詳細な温度評価が重要となる。このため、伝熱管温度の高精度予測を目的として、模擬伝熱管を用いた急速加熱試験を行い、低質量流量・高サブクール条件での水側伝熱特性について検討した。

口頭

200keV電子線照射によるAl-doped 4H-SiCエピ膜中の耐放射線性

野尻 琢慎*; 西野 公三*; 柳澤 英樹*; 松浦 秀治*; 小野田 忍; 大島 武

no journal, , 

200keVの電子線をAl(Alminium)をドープすることでp型とした4H-SiC(Silicon Carbide)エピタキシャル基板へ照射した。照射前後で200Kから600Kの範囲で正孔濃度を測定した結果、ドープしたAl濃度が高いほど、正孔密度の減少量が大きいことが明らかになった。電子線のエネルギーが200keVの場合、電子線はSiC結晶中のC原子のみを変位させることができると考えられる。したがって、実験によって得られた正孔密度の減少原因は、C空孔が関与すると結論できた。

口頭

電子線照射及びアニールによるAl-Doped 6H-SiC中の正孔密度の変化

松浦 秀治*; 柳澤 英樹*; 西野 公三*; 明神 喜子*; 野尻 琢慎*; 松山 雄炯*; 小野田 忍; 大島 武

no journal, , 

耐放射線性炭化ケイ素(SiC)半導体素子開発の基礎研究の一環として、アルミ(Al)添加p型六方晶(6H)SiCの電子線照射による正孔濃度の変化を調べた。室温での正孔濃度が2$$times$$10$$^{15}$$/cm$$^{3}$$のp型6H-SiCに200keV電子線を室温で3$$times$$10$$^{16}$$/cm$$^{3}$$まで照射し、ホール測定により正孔濃度の変化を調べた。その結果、電子線照射量の増加とともに正孔濃度は減少し、3$$times$$10$$^{16}$$/cm$$^{3}$$では測定限界を超え、値を見積もることができなくなった。この3$$times$$10$$^{16}$$/cm$$^{3}$$まで照射した試料をアルゴン中500$$^{circ}$$Cで2分間熱処理を行ったところ、正孔濃度の回復が見られた。さらに正孔濃度の温度依存性を解析したところ、500$$^{circ}$$CのアニールでAlアクセプタが回復し、欠陥に起因する深い準位が減少することが判明した。200keVの電子線照射では炭素のみがはじき出されることを考えると、熱処理で炭素起因の欠陥が減少し、正孔濃度が回復したと帰結できる。

口頭

高速炉蒸気発生器における伝熱管破損事象に関する研究,16; ウェステージを伴う伝熱管破損モデルの検討

浜田 広次; 柳沢 秀樹*; 大島 宏之

no journal, , 

Na-水反応時のウェステージにより減肉された伝熱管において、局所減肉を模擬した構造モデルと一様減肉を模擬した構造モデルの内圧破裂に対する強度の違いを検討し、一様減肉が保守的なモデルであることを確認した。

口頭

高速炉蒸気発生器の伝熱管破損時長時間事象進展に対する解析手法の開発

内堀 昭寛; 柳沢 秀樹*; 高田 孝; 大島 宏之

no journal, , 

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。

口頭

伝熱管破損伝播事象に対する数値解析コードLEAP-IIIの開発

内堀 昭寛; 柳沢 秀樹*; 高田 孝; 大島 宏之

no journal, , 

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。

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