Evaluation of hydrogen behavior in sodium for sodium-water reaction detection of sodium-cooled fast reactor

山本 智彦; 加藤 篤志; 早川 雅人; 下山 一仁; 荒 邦章; 畠山 望*; 山内 和*; 江田 優平*; 由井 正弘*

Proceedings of 2023 International Congress on Advanced in Nuclear Power Plants (ICAPP 2023) (Internet), 6 Pages, 2023/04

In the secondary cooling system of sodium-cooled fast reactor (SFR), a rapid detection of hydrogen explosion due to sodium-water reaction by water leakage from heat exchanger tube is steam generator (SG) is important in terms of safety and property protection. For the hydrogen detection, Ni-membrane hydrogen detectors using atomic transmission phenomenon were used in Japanese proto-type sodium-cooled fast reactor "Monju". However, during the plant operation, many alarms of water leakage were occurred without sodium-water reaction in relation to temperature up and down. The authors focus on the difference in composition of hydrogen and the difference between the background hydrogen under normal operation and the hydrogen generated by the sodium-water reaction and theoretically estimate the hydrogen behavior in liquid sodium by using ultra-accelerated quantum chemical molecular dynamics (UA-QCMD). As the results of theoretical estimation, dissolved H or NaH, rather than H, is the predominant form of the background hydrogen in liquid sodium, and hydrogen produced in large amounts by sodium-water reaction can exist stably as fine bubbles with a NaH layer on their surface. Currently, the authors study the new hydrogen detector system focusing on the difference between the background hydrogen (dissolved H) and the hydrogen by sodium-water reaction (fine bubbles H). This paper describes the comparison between the theoretical estimation and experimental results based on hydrogen form in sodium.

Development of under sodium viewer for next generation sodium-cooled fast reactors

相澤 康介; 近澤 佳隆; 荒 邦章; 由井 正弘*; 植本 洋平*; 黒川 正秋*; 平松 貴志*

Proceedings of International Conference on Fast Reactors and Related Fuel Cycles; Next Generation Nuclear Systems for Sustainable Development (FR-17) (USB Flash Drive), 9 Pages, 2017/06

ナトリウム冷却高速炉では、不透明なナトリウム中の検査が重要な課題の一つである。世界各国の機関において、長距離から障害物の有無を検出する目的とした水平USV(ナトリウム中可視化す装置)、短距離または中距離から可視化を目的とした画像化USVが開発されてきた。本研究では、約1mの距離から画像化を目的としたUSVを開発した。本研究では、受信センサとして、ダイアフラムの振動を光学的に検知するシステムを採用した。本研究では、主に受信センサ及び送信センサの感度向上を目指し、かつ改良した受信センサ及び送信センサを用いた水中画像化試験を実施した。試験の結果、改良センサを用いることで従来より高解像度の画像を得られることを明らかになった。

Horonobe Underground Research Laboratory Project; Synthesis of phase I investigation 2001 - 2005, Volume "Geological disposal research"

藤田 朝雄; 谷口 直樹; 松井 裕哉; 棚井 憲治; 前川 恵輔; 澤田 淳; 牧野 仁史; 笹本 広; 吉川 英樹; 柴田 雅博; et al.

JAEA-Research 2011-001, 193 Pages, 2011/03

JAEA-Research-2011-001.pdf:5.23MB

本報告書では、堆積岩で塩水系地下水を対象とした幌延深地層研究計画において段階的に得られる地質環境条件を一つの適用例として、第1段階である地上からの調査で得られた情報をもとに処分場の設計技術や性能評価技術それぞれの適用性について論じるとともに、必要に応じて実施した技術の改良や代替技術の開発状況を取りまとめた。

熱力学データベース整備のための熱力学データ系統性に関する調査及び活量係数モデルの差異による溶解度計算結果の比較

北村 暁; 柴田 雅博; 山口 徹治; 飯田 芳久; 油井 三和

JAEA-Technology 2009-074, 48 Pages, 2010/03

JAEA-Technology-2009-074.pdf:7.33MB

高レベル放射性廃棄物及び地層処分対象のTRU廃棄物の地層処分の性能評価に用いるための熱力学データベースの整備に資することを目的として、熱力学データの系統性に関する調査を実施した。幾つかの元素について、標準生成自由エネルギーと標準生成エンタルピーとの相関関係を調査し、標準生成自由エネルギーから標準生成エンタルピーの推定が可能であることを示した。また、アクチニド元素の錯生成定数の系統性に関する3つのモデルについて、その適用性を比較検討し、最適なモデルを提案するとともに、未報告のアクチニド錯体の生成定数の推定が可能であることを示した。さらに、溶解度計算時に必要な活量係数について、2つのモデルの比較検討を行い、推定される溶解度の差異を調査した。以上の結果は、熱力学データベース整備及び地層処分の性能評価を行ううえで有益なものであると考えられた。

幌延深地層研究計画における地上からの調査研究段階(第1段階)研究成果報告書; 分冊「地層処分研究開発」

藤田 朝雄; 谷口 直樹; 松井 裕哉; 棚井 憲治; 西村 繭果; 小林 保之; 平本 正行; 前川 恵輔; 澤田 淳; 牧野 仁史; et al.

JAEA-Research 2007-045, 140 Pages, 2007/03

JAEA-Research-2007-045-1.pdf:38.33MB
JAEA-Research-2007-045-2.pdf:44.62MB

本報告書では、堆積岩で塩水系地下水を対象とした幌延深地層研究計画において段階的に得られる地質環境条件を一つの適用例として、第1段階である地上からの調査で得られた情報をもとに処分場の設計技術や性能評価技術それぞれの適用性について論じるとともに、必要に応じて実施した技術の改良や代替技術の開発状況を取りまとめた。処分技術の信頼性向上では、最新の知見を踏まえ第2次取りまとめにおいて示された処分場全体設計フローの更新や人工バリアなどの設計手法の詳細化、並びに設計における地質環境条件の一般的な留意点や設計入力データ項目について整理を行った。また、これらを踏まえ、幌延の地質環境条件を一例とした場合の施設設計,人工バリア設計及び閉鎖設計を通じて第2次取りまとめで採用された設計手法が適用可能であることがわかった。安全評価手法の高度化については、第2次取りまとめにおいて示された安全評価手法を実際の地質環境に適用するために必要な具体的な作業をフローとして構築した。これに基づき、幌延の地質環境条件を一例として物質移行解析を行い、これらの検討を通じて第2次取りまとめの手法を堆積岩地域に適用した場合の調査から解析・評価に至る一連の方法論及び、その過程で得られるノウハウや知見,調査や解析上の留意点を整理した。

幌延深地層研究計画第2段階(平成1721年度)を対象とした工学技術の適用性検討に関する計画案

青柳 茂男; 油井 三和; 棚井 憲治; 川上 進; 藤田 朝雄; 谷口 直樹; 柴田 雅博; 小西 一寛; 西村 繭果; 菊池 広人*; et al.

JAEA-Review 2006-014, 61 Pages, 2006/03

JAEA-Review-2006-014.pdf:5.03MB

日本原子力研究開発機構(以下、「原子力機構」という)では、北海道の天塩郡幌延町にて、堆積岩を対象とした幌延深地層研究計画を進めている。幌延深地層研究計画は、平成17年度より、地下研究施設の建設に伴い、地上からの調査段階(第1段階)から坑道掘削時の調査研究段階(第2段階)へと移行していく。一方、原子力機構では、これまで工学技術の基盤技術開発として、「わが国における高レベル放射性廃棄物地層処分の技術的信頼性; 地層処分研究開発第2次取りまとめ」で示した一連の工学技術をベースとしつつ、幌延地区の地上からの調査段階で得られた地質環境条件を対象として工学技術の具体的な地質環境への適用性検討を行ってきた。今後は、工学技術の基盤技術開発として、幌延深地層研究計画の進捗に併せて、第2段階を通じた工学技術の具体的な地質環境への適用性検討を進め、それらの成果を体系的に整理し提示していく必要があると考える。よって、本報告書では、現時点の幌延の地下施設の建設工程及び「幌延深地層研究計画; 地下施設を利用した第2,第3段階における調査試験計画案」に基づき、幌延深地層研究計画の第2段階のうち、平成17年度から平成21年度までの5年間に焦点をあてた工学技術の適用性検討に関する研究計画を、個別研究課題ごとに整理し立案した。なお、本計画は、今後、幌延の地下施設の施工状況や最新の動向を踏まえ随時変更する可能性があるとともに、今後より詳細化していく必要がある。

核種移行データベースの利用環境整備の現状

笹本 広; 吉田 泰*; 磯貝 武司*; 陶山 忠宏*; 神徳 敬*; 柴田 雅博; 油井 三和

サイクル機構技報, (28), p.27 - 33, 2005/09

https://rdreview.jaea.go.jp/gihou/pdf3/n28-04.pdf

サイクル機構では,高レベル放射性廃棄物地層処分の安全評価に必要となる核種移行データベースを開発し,わが国における高レベル放射性廃棄物地層処分の技術的信頼性を示す第2次取りまとめに反映した。本データベースの技術レベルや有用性は国内だけでなく,海外からも高く評価された。そこで,サイクル機構が開発した核種移行データベースを国内外に幅広く普及し,その利用促進を図るため,1)地球化学コードPHREEQEからPHREEQC,GWBおよびEQ3/6用にデータベースフォーマットを変換させるためのツール開発,2)核種移行データベースに関わる外部公開ホームページ(http://migrationdb.jnc.go.jp)の作成・運用を行った。これにより,核種移行データベースの利用者層が拡大され,国内外の幅広い方々に利用して頂く環境が整備されると共に,ユーザーからの有益なコメントを適宜反映できる体制も整った。

Development of Thermodynamic Databases for Hyperalkaline, Argillaceous Systems

Arthur, R. C,*; 笹本 広; 小田 治恵; 本田 明; 柴田 雅博; 吉田 泰*; 油井 三和

JNC TN8400 2005-010, 234 Pages, 2005/07

JNC-TN8400-2005-010.pdf:11.24MB

本報告書では,超ウラン(TRU)元素を含む廃棄物や他の放射性廃棄物の地層処分におけるベントナイトとセメントとの反応に関連する鉱物,ガス,水溶液化学種についての3種類の熱力学データベースについて報告する。これらデータベースは,地球化学コードであるSUPCRT, PHREEQCおよびGWBで用いることができる。各データベースの名称は,SPRONS.TRU(SUPCRT),JNC-TDB.TRU(PHREEQC)およびTHERMO_JNCTRU(GWB)である。これらデータベースの信頼性については,高アルカリ-粘土系における現状の知見の限界を踏まえ検討する。高アルカリ-粘土系で重要な鉱物は複雑で,非常に多様な組成を持つ準安定固相の傾向がある。このような準安定固相は,実験的にも熱力学的にも明確にされていない。また高アルカリ-粘土系において重要な水溶液化学種についても,現状では関連する実験データが不足しており,データの不確実性が大きい。このように利用できるデータが限られているという現状を考慮すると,本研究で開発したデータベースは,高アルカリ-粘土系で重要あるいは代表的であると認識されている鉱物を含んでおり,また計算値と実験値の比較が行われているデータについては概ね妥当であることが示されている点で信頼できるものと言える。今回開発したデータベースは,理想的な内部整合性のとれたものではない。むしろ,内部整合性よりもデータの精度や完全性を重視し,開発されたデータベースである。本報告書の中で報告したデータベースの将来的な改良・改訂に向けて推薦するアプローチとしては,信頼性のある実験データが不足している場合,熱力学的特性を慣例的に評価できる一貫した経験的手法を開発することである。またこのような手法開発にあたっては,ベントナイト-セメント間での長期挙動モデルにおける概念やパラメータの不確実性の重要度を評価する不確実性解析と連携して行なうことが必要である。

ENTRY 2003 - The International Workshop on Reliable Performance Assessment through Laboratory Experiments and Ground Surface Investigations - 10th Anniversary of ENTRY

石川 博久; 油井 三和; 内田 雅大; 亀井 玄人

JNC TN8200 2003-004, 151 Pages, 2004/03

JNC-TN8200-2003-004.pdf:1.89MB

サイクル機構東海事業所における、地層処分のための研究開発施設であるエントリーの創立10年を記念して、2003年9月22から24日にかけて国際ワークショップを開催した。また、このワークショップでの議論の背景について前もって理解を深めておくために、9月20から21日にかけて、幌延深地層研究センターへのテクニカルツアーを実施した。このワークショップは主に2つのセッションから構成され、それぞれのトピックは、1. ニアフィールドの長期変遷 2. 性能評価、原位置試験、室内試験の間の協力であった。セッション1では、ニアフィールドの性能評価のための熱-水-応力-化学連成プロセスについて、特に、セメント材料による化学的な劣化と核種移行のメカニズム理解の現状に焦点を当てて議論した。高アルカリ性溶液中でのスメクタイトの溶解を含めて、珪酸塩の溶解速度モデルも議論された。また、室内試験、モデル(シミュレーション)実験、データベース開発、原位置試験とナチュラルアナログ研究の間の適切な連係についても議論した。セッション2では、(1)地表調査及びボアホール調査に基づくサイト理解のための方法論、(2)地表調査及びボアホール調査後に残った不確実性の同定、(3)地表調査及びボアホール調査での不可欠な測定、4)性能評価からサイト特性へのフィードバック項目、さらに(5)サイト調査以外から求められるデータについて議論した。この報告書は主に本ワークショップの議事録を取りまとめたものである。また、ワークショップにて発表された資料については発表者の許可を得て添付した。

エントリー国際ワークショップ「ENTRY2003」-2003年10月2224日開催-

亀井 玄人; 石川 博久; 油井 三和; 内田 雅大; 青木 和弘

サイクル機構技報, (21), p.95 - 98, 2003/12

https://rdreview.jaea.go.jp/gihou/pdf2/n21-11.pdf

処分研究部主催で標記国際ワークショップを開催した。本資料はその主旨、概要を示したものである。概要には全体講演、招待講演及び及び個別セッションの内容を含む。