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佐々 敏信; 斎藤 滋; 大林 寛生; 菅原 隆徳; Wan, T.; 山口 和司*; 吉元 秀光
NEA/CSNI/R(2017)2 (Internet), p.111 - 116, 2017/06
日本原子力研究開発機構(JAEA)は、加速器駆動システム(ADS)を用いた高レベル放射性廃棄物に起因する環境負荷の低減を提案している。ADSを実現するため、J-PARC計画の一環として、核変換実験施設(TEF)の計画している。JAEAが提案するADSは鉛ビスマス共晶合金(LBE)を未臨界炉心の冷却材及び核破砕ターゲットとして採用している。J-PARCのTEFを活用し、ADSの設計に必要なデータを収集し、LBE利用の技術課題の解決を図る。250kWのLBE核破砕ターゲットをTEFに設置し、材料照射データベースを構築する。TEFを建設するために必須な様々な技術開発として、酸素濃度制御技術、計測機器開発、遠隔操作によるターゲット保守技術とともにターゲットの詳細設計を実施している。250kW核破砕ターゲット最適化の最新の状況を報告する。
斎藤 滋; 大久保 成彰; 大林 寛生; 佐々 敏信
NEA/CSNI/R(2017)2 (Internet), p.195 - 200, 2017/06
原子力機構において研究が進められている加速器駆動システム(ADS: Accelerator Driven System)では、核破砕ターゲット及び炉心冷却材として鉛ビスマス共晶合金(LBE; Lead-Bismuth Eutectic)が採用される。将来のADSやJ-PARCに建設が計画されている、ADSターゲット実験施設(TEF-T)の実現には、LBEに関する多くの解決すべき課題がある。特に、T91(改良9Cr-1Mo鋼)やSUS316Lなどの鋼材に関して、400-550
Cの温度範囲で酸素濃度制御下かつLBE流動下の腐食データは不可欠である。原子力機構では高温での腐食データを得るために、"OLLOCHI (Oxygen-controlled LBE LOop Corrosion tests in HIgh-temperature)"と名付けられた新しい腐食試験ループを設計・製作した。高温部配管はT91製で、加熱器や膨張タンク容器は2.25Cr-1Mo鋼製である。これら高温部の最高温度は550Cである。低温部は配管、機器類ともにSUS316L製で、これら低温部の最高温度は450Cである。2016年春までにOLLOCHIは、加熱器や試験片交換ボックスなどの改造と、LBE無しでの調整運転を終えた。酸素センサーと酸素濃度制御システムは間もなく導入され、その後LBE有りでの調整運転と酸素濃度制御試験を開始する予定である。さらに来春までに分岐した試験部それぞれにも流量計が付加される予定である。これらの試験や改造と平行して、試験片ホルダー内の流れの分布を明らかにするため、試験部の流動解析を行う予定である。
Wan, T.; 大林 寛生; 佐々 敏信
NEA/CSNI/R(2017)2 (Internet), p.117 - 127, 2017/06
JAEA has proposed an Accelerator Driven System (ADS) for nuclear transmutation. To realize the future ADS, the ADS Target Test Facility (TEF-T) will be constructed under the framework of J-PARC. In TEF-T, pulsed proton beams will bombard a Lead-bismuth eutectic (LBE) spallation target to produce neutrons. To design the target, the verification of target structural integrity is the primary task. For this purpose, firstly, cavitation damage caused by the negative pressure in LBE is an essential issue needs to be considered. In the present study, the possibility of cavitation damage occurrence caused by pressure waves and turbulent LBE flow was investigated for the TEF-T LBE target through the numerical simulations. Results show that the maximum expansion ratio of cavitation bubble is only 1.2 due to the pressure waves, so that severe cavitation damage will not occur due to the pressure waves; the maximum negative pressure due to the turbulent LBE flow is only -4.5 kPa on a steady-state flow condition, which is too small to drive the growth of bubbles, so neither cavitation damage will occur due to the turbulent LBE flow. Secondly, the LBE flow behavior needs to be investigated because it determines the temperature distribution on the LBE target vessel, which affects the integrity of the target vessel. The CFD analyses have been carried out to study LBE flow pattern. However, some stagnant regions exist in the LBE for the original target design. To solve this problem, the target head was modified to reduce the stagnant region effectively and efficiently. The CFD analyses results showed that the stagnant region has been effectively reduced due to the modification of target head. As a result, thermal-hydraulic and structural analyses results showed that the maximum temperature on the LBE vessel is decreased by 35 degree centigrade, and the maximum thermal stress on the BW has been decreased by approximately 31 MPa. The safety margin of target has been improved.
大林 寛生; 平林 勝; 佐々 敏信; 荒 邦章
NEA/CSNI/R(2017)2 (Internet), p.188 - 194, 2017/06
日本原子力研究開発機構では、溶融鉛ビスマス合金を核破砕ターゲット材及び冷却材として用いた加速器駆動システム(ADS)を提案している。ADSの実現に向け、J-PARCではADS構造材の照射データの取得を主目的として、ADSターゲット実験施設(TEF-T)の実現に向けた研修開発を実施している。溶融鉛ビスマスターゲットの運用において、陽子ビームが入射するターゲット容器ビーム窓の健全性確保がTEF-Tの成立に係る重要な要素のひとつである。本件では、施設運転期間中にビーム窓冷却性能を担保する上での必須パラメータである溶融鉛ビスマス冷却材の流量を監視するための超音波流量計の開発状況について、実計測例を交えて報告する。
大泉 昭人; 菅原 隆徳; 岩元 大樹; 西原 健司; 辻本 和文
NEA/NSC/R(2017)2, p.152 - 160, 2017/06
The JAEA has investigated 800-MWth Accelerator-Driven System (ADS) to transmute minor actinides. One of the most important issues for the ADS development is the design of a beam window which is a boundary of the accelerator and the sub-critical reactor. Since the past shape of the beam window is difficult to fabricate, a hemispherical shape one is considered as a new concept. To realize the hemispherical shape beam window, it is required to decrease the maximum proton beam current. For this purpose, a new concept of sub-criticality adjustment mechanism using control rod (CR) or burnable poison (BP) is investigated. The results of neutronics calculation show that the concepts with boron carbide and tantalum CRs have good property to adjust the sub-criticality. They have a possibility to maintain the proton beam current at 10 mA during the operation, which is a great benefit for the beam window design since the proton beam current becomes half of the previous design. However, it is required to consider CR drive mechanism to keep out of the beam window and related apparatus. For the concept with BP, it is observed that the maximum proton beam current is 17 mA. This value is better than the reference case. Moreover, the BP concept is achieved by just introducing BP without driver mechanism. These concepts are useful to adjust the sub-criticality and mitigate the design condition of the beam window.
菅原 隆徳; 山口 和司; 大林 寛生; 斎藤 滋; 吉元 秀光; 佐々 敏信
no journal, ,
原子力機構では、加速器駆動未臨界システム(ADS)による高レベル放射性廃棄物の分離変換を目指し、その研究開発を進めるため、核変換実験施設(TEF)の建設を計画している。TEFは2つの実験施設から構成されるが、そのうちの1つであるADSターゲット試験施設(TEF-T)では、液体鉛ビスマス(LBE)に陽子ビームを当て、照射の効果や材料試験の研究を行う予定である。一方で、LBEは腐食性が強いことから、LBE中の酸素濃度を適切に制御し、鋼材の腐食を防ぐ必要がある。酸素濃度を制御するためには、それを測定するためのセンサーが必要となる。原子力機構では、2種類のセンサーを試作し、そのうちの1つが広い温度範囲で適切な出力を出すことを確認した。また酸素濃度制御についても、目標とする濃度範囲で酸化、還元の操作を実行し、適切に制御を行った。
岡嶋 成晃
no journal, ,
タイトルに関連するプレゼンテーションは、2010年に開催されたTCADS-1(於カールスルーエ)で行われた。そこでは、原子力委員会(AEC)によって2008年に実施された分離核変換(P-T)技術のチェック・レビューの結果が示された。それ以来、日本における原子力開発政策の状況は変わった。その変更の主な理由の1つは、2011年に発生した東日本大震災とそれに引き続いた津波によって引き起こされた福島第一原子力発電所の事故である。今回のプレゼンテーションでは、日本政府によって出されたエネルギー戦略計画などの状況、P-T技術に関わる日本での進行中のプログラム及び最近のP-T技術の開発とADS開発の状況を紹介する。
