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論文

Transient response of LWR fuels (RIA)

宇田川 豊; 更田 豊志*

Comprehensive Nuclear Materials, 2nd Edition, Vol.2, p.322 - 338, 2020/08

https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803581-8.11682-0

This article aims at providing a general outline of fuel behavior during a reactivity-initiated accident (RIA) postulated in light water reactors (LWRs) and at showing experimental data providing technical basis for the current RIA-related regulatory criteria in Japan.

論文

Unified description of the fission probability for highly excited nuclei

岩元 大樹; 明午 伸一郎

Journal of Nuclear Science and Technology, 56(2), p.160 - 171, 2019/02

https://doi.org/10.1080/00223131.2018.1539351
 被引用回数：3 パーセンタイル：31.36(Nuclear Science & Technology)

放射線挙動解析コードPHITSは、加速器駆動核変換システムや核破砕中性子源施設等における放射能・被曝線量評価及び施設の遮蔽設計に重要な役割を演じるが、PHITSの核破砕反応を記述するモデルINCL4.6/GEMは核分裂生成物の収量を大幅に過小評価することが知られており、モデルの高度化が求められている。本研究では、核分裂生成物の収量予測に重要なパラメータとなる「核分裂確率」を現象論的に記述するモデルを提案し、このモデルを粒子輸送計算コードPHITSに組み込まれている脱励起過程計算コードGEMの高エネルギー核分裂モデルに適用した。実験値との比較の結果、広範囲 のサブアクチノイド核種に対する陽子入射,中性子入射及び重陽子入射反応に対して、核分裂断面積を統一的に予測でき、その予測精度は従来モデルよりも大幅に改善することを示した。さらに、本モデルを用いた解析により、核分裂生成物の同位体分布を精度よく求めるためには、核内カスケード過程計算コードINCL4.6における高励起残留核の記述の修正が必要であることを明らかにした。

論文

Study of fission using multi-nucleon transfer reactions

西尾 勝久; 廣瀬 健太郎; L$'e$guillon, R.*; 牧井 宏之; Orlandi, R.; 塚田 和明; Smallcombe, J.*; 千葉 敏*; 有友 嘉浩*; 田中 翔也*; et al.

Proceedings of 6th International Conference on Fission and Properties of Neutron-rich Nuclei (ICFN-6), p.590 - 597, 2017/11

https://doi.org/10.1142/9789813229426_0101

We are promoting a fission study using multi-nucleon transfer reactions, where excited states in neutron-rich actinide nuclei, which cannot be accessed by particle capture and/or fusion reactions, are populated. This allows us to study fission in the new region of chart of nuclei. Also, the excited states in the fissioning nucleus are widely populated in the reactions, thus the effects of excitation energy on fission can be investigated. Experiments were carried out at the JAEA tandem facility in Tokai, Japan. We studied reactions using the $$^{18}$$O beam ($$sim$$9MeV/u) and several actinide target nuclei such as $$^{232}$$Th, $$^{238}$$U, $$^{237}$$Np, $$^{248}$$Cm. Ejectile nuclei and thus the transfer channels were identified by a newly developed silicon $$Delta$$E-E detectors. The produced nuclei in one experiment reached more than fifteen. Fission fragment mass distributions (FFMDs) were measured for each isotopes. Measured FFMDs are reproduced by a calculation based on the fluctuation-dissipation model (Langevin-type calculation), where effects of multi-chance fission were included. We also started to measure the prompt neutrons accompanied by fission.

論文

Fission fragments mass distributions of nuclei populated by the multinucleon transfer channels of the $$^{18}$$O + $$^{232}$$Th reaction

L$'e$guillon, R.; 西尾 勝久; 廣瀬 健太郎; 牧井 宏之; 西中 一朗*; Orlandi, R.; 塚田 和明; Smallcombe, J.*; 千葉 敏*; 有友 嘉浩*; et al.

Physics Letters B, 761, p.125 - 130, 2016/10

https://doi.org/10.1016/j.physletb.2016.08.010
 被引用回数：41 パーセンタイル：92.74(Astronomy & Astrophysics)

It is shown that the multinucleon transfer reactions is a powerful tool to study fission of exotic neutron-rich actinide nuclei, which cannot be accessed by particle-capture or heavy-ion fusion reactions. In this work, multinucleon transfer channels of the $$^{18}$$O + $$^{232}$$Th reaction are used to study fission of fourteen nuclei $$^{231,232,233,234}$$Th, $$^{232,233,234,235,236}$$Pa, and $$^{234,235,236,237,238}$$U. Identification of fissioning nuclei and of their excitation energy is performed on an event-by-event basis, through the measurement of outgoing ejectile particle in coincidence with fission fragments. Fission fragment mass distributions are measured for each transfer channel, in selected bins of excitation energy. In particular, the mass distributions of $$^{231,234}$$Th and $$^{234,235,236}$$Pa are measured for the first time. Predominantly asymmetric fission is observed at low excitation energies for all studied cases, with a gradual increase of the symmetric mode towards higher excitation energy. The experimental distributions are found to be in general agreement with predictions of the fluctuation-dissipation model.

論文

Calculation of fission reaction in the framework of QMD + SDM

岩本 修; Rong, J.; 深堀 智生; 千葉 敏

Journal of Nuclear Science and Technology, 39(Suppl.2), p.128 - 131, 2002/08

https://doi.org/10.1080/00223131.2002.10875057

10MeVから10GeVの核子入射による核分裂断面積とフラグメント分布を量子分子動力学(QMD)と統計模型(SDM)により計算した。$$^{197}$$Auと$$^{209}$$Biと$$^{238}$$Uに対する核分裂断面積を計算し実験値と比較した。計算値は実験値を比較的よく再現している。また1.6GeVと190MeVにおける陽子の入射エネルギーで、それぞれ$$^{208}$$Pbと$$^{232}$$Thに対し質量及び電荷分布を計算した。

論文

RIA時挙動

更田 豊志

最新核燃料工学; 高度化の現状と展望, p.141 - 147, 2001/06

原研の燃料挙動研究における最新の成果を中心に、高燃焼度燃料の反応度事故(RIA)時挙動について論じる。近年の軽水炉燃料の高燃焼度化に対応するため、実験データや安全評価手法の範囲拡大が急がれているが、原研ではこれまでに60回を越える照射済燃料のパルス照射実験をNSRRにおいて実施しており、高燃焼度領域特有の現象の存在を示す実験結果が得られている。被覆管水素吸収の影響を強く受けたPCMI(燃料ペレット/被覆管機械的相互作用)破損が見られた一連の高燃焼度PWR燃料実験、BWR燃料としては世界初の破損例を与える結果となった最近の高燃焼度燃料実験などの成果を紹介するとともに、燃料破損発生に及ぼす機械的負荷と被覆管温度上昇との関係、燃料破損時の機械的エネルギー発生機構、RIA時燃料挙動に及ぼすFPガスの役割などについて論じる。

報告書

The GEM code: A simulation program for the evaporation and the fission process of an excited nucleus

降旗 志おり*; 仁井田 浩二*; 明午 伸一郎; 池田 裕二郎; 前川 藤夫

JAERI-Data/Code 2001-015, 90 Pages, 2001/03

JAERI-Data-Code-2001-015.pdf:3.75MB

GEMコードは励起原子核の脱励起を記述するシミュレーションプログラムである。このコードはGE(Generalized Evaporation Model)とAtchisonの核分裂モデルから成り立つ。Bertiniの核内カスケードモデルとGEMとを組み合わせた計算モデルにより、陽子入射におけるBeのような軽いフラグメント生成断面積を精度良く予測できることが示された。また、Atchisonモデルに使用されているパラメータを再評価することにより、Auに陽子を入射する場合に生成する核分裂片の断面積を改善することが示された。本レポートでは、GEMコードの詳細と使用方法について記述し、Bertini核内カスケードモデルとGEMコードを組み合わせた計算(INC/GEM)によるベンチマーク計算の結果を示す。さまざまなターゲットに陽子を照射した場合における中性子スペクトル及び同位体生成断面積をINC/GEMを用いて計算した。これらの計算結果を実験値と比較するとともに、LAHETによる計算結果との比較も行った。その結果INC/GEMによる計算は、AlとPuの中性子放出の二重微分断面積の実験値を再現することがわかった。Agから生成される同位体はOより重いフラグメントの生成が過小評価されるものの、He,Li,Beの生成については50%以内で実験と良い一致を示すことがわかった。また、LiやBe等の軽核の生成断面積、特に重いターゲット核においてLAHETによる計算結果より良い一致を示すことがわかった。さらに、INC/GEMによる計算はLAHETによる計算よりも核分裂片生成断面積の予測精度が良いことが示された。

論文

High brunup BWR fuel response to reactivity transients and a comparison with PWR fuel response

更田 豊志; 中村 武彦; 草ヶ谷 和幸*; 笹島 栄夫; 上塚 寛

NUREG/CP-0172, p.191 - 203, 2000/00

NSRRにおける高燃焼度BWR燃料実験の最近の成果を報告するとともに、PWR燃料実験との比較を通じて、反応度事故条件下における高燃焼度燃料の破損機構について論じる。燃焼度56GWd/t以下のBWR燃料では、被覆管/燃焼ペレットの間隙がPWR燃料に比べて大きいこと、被覆管の水素吸収量が比較的小さいことなどから、破損に至るまでの裕度がPWR燃料に比べて大きいことを確認していたが、より燃焼度の高い燃料(61GWd/t)を対象とした2回の実験において、BWR燃料としては世界初の破損例を得た。両実験では燃料エンタルピが260J/g及び293J/g上昇した時点で燃料破損に至っており、燃料棒の分断、ペレットの微粒子化などが観察されている。この燃焼度範囲に至ると、被覆管内面と燃料ペレット表面との固着(ボンディング)が生じており、燃料ペレットの変形が直接的に被覆管に加わったことなどが、破損を生じた一因となっているものと推察される。

論文

Fuel failure and fission gas release in high burnup PWR fuels under RIA conditions

更田 豊志; 笹島 栄夫; 森 行秀*; 石島 清見

Journal of Nuclear Materials, 248, p.249 - 256, 1997/00

https://doi.org/10.1016/S0022-3115(97)00173-6
 被引用回数：46 パーセンタイル：93.78(Materials Science, Multidisciplinary)

NSRRで実施している高燃焼度PWR燃料(燃料度50MWd/kgU)のパルス照射実験では、水素吸収の影響による被覆管外面側の脆化が起因となった、低い燃料エンタルピレベルでのPCMI(燃料ペレット/被覆管機械的相互作用)破損や、極めて大量のFPガス放出、燃料ペレットの微粒子化など、燃焼度42MWd/kgUまでの照射済PWR燃料実験では見られなかった数多くの現象が観測されている。本論文では、被覆管外周部近傍での水素化物の偏析が亀裂発生に及ぼす影響、結晶粒界に蓄積されたFPガスの急速膨張に基づくFPガスの放出並びに燃料ペレットの微粒子化モデルなどについて論ずる。

論文

NSRR/RIA experiments with high burnup PWR fuels

更田 豊志; 笹島 栄夫; 土内 義浩*; 森 行秀*; 中村 武彦; 石島 清見

Proc. of 1997 Int. Topical Meeting on LWR Fuel Performance, 0, p.669 - 676, 1997/00

高燃焼度PWR燃料を対象とするNSRRパルス照射実験の最新の成果を中心に、これまでに実施した照射済PWR燃料実験の結果を報告する。燃焼度42MWd/kgUまでの範囲においては、現行の反応度事故指針における照射済燃料の破損目安値(85cal/g・fuel)に安全裕度のあることが示されたのに対し、燃焼度50MWd/kgUの高燃焼度PWR燃料実験では、これを下回る約60cal/g・fuelでPCMI(ペレット/被覆管機械的相互作用)による有効発熱部全体に亘る被覆管の大きな縦割れを生じ、高燃焼度範囲における破損しきい値の低下を示す結果となった。引き続いて行った高燃焼度PWR燃料実験においても、被覆管の酸化及び水素吸収の程度の大きい、高い位置から採取した試験燃料を用いた実験では、低い発熱量レベルにおける燃料破損を生じており、被覆管強度の低下、特に被覆管外面側の水素吸収の影響が強く現れている。

報告書

岩石型燃料のスエリングの検討

大道 敏彦

JAERI-Review 96-008, 13 Pages, 1996/07

JAERI-Review-96-008.pdf:0.92MB

岩石型燃料を構成している安定化ZrO$$_{2}$$、Al$$_{2}$$O$$_{3}$$及びMgAl$$_{2}$$O$$_{4}$$の燃料の炉内寿命中における中性子及び核分裂片による損傷を過去の文献を基に評価した。中性子照射ではAl$$_{2}$$O$$_{3}$$は若干のスエリングを起すが、耐損傷性に優れたZrO$$_{2}$$並びにMgAl$$_{2}$$O$$_{4}$$と同様に結晶の安定性は保たれる。核分裂片による損傷では、Al$$_{2}$$O$$_{3}$$は燃料の低い温度領域で非晶質化し、大きなスエリングが起こり、MgAl$$_{2}$$O$$_{4}$$でも非晶質化によるかなりのスエリングの可能性がある。これに対してZrO$$_{2}$$は構造安定性が維持される。燃料ふるまいに負の影響をもつ可能性がある非晶質部分の体積を少なくするためには、プルトニウムを含むZrO$$_{2}$$の大きな径の粒子をマトリックスであるAl$$_{2}$$O$$_{3}$$とMgAl$$_{2}$$O$$_{4}$$中に分散することが効果的であることを示し、このような燃料ペレットのスエリングと熱伝導度を定性的に評価した。

論文

New results from the NSRR experiments with high burnup fuel

更田 豊志; 石島 清見; 森 行秀*; 笹島 栄夫; 藤城 俊夫

NUREG/CP-0149 (Vol. 1), 0, p.45 - 63, 1996/00

NSRRにおいて実施している高燃焼度燃料実験について、最新の成果を報告する。燃焼度42MWd/kgUまでの照射済燃料実験においては、現行の反応度事故指針における照射済燃料の破損目安値(85cal/g・fuel)に安全裕度のあることを示す結果が得られたのに対し、燃焼度50MWd/kgUの部分体先行照射燃料を対象とした高燃焼度PWR燃料実験では、破損目安値を下回る約60cal/g・fuelで被覆管に破損を生じた。この実験では、被覆管に有効発熱部全体に亘る大きな縦割れを生じ、高燃焼度範囲における破損しきい値の低下を示す結果となった。破損の発生は、被覆管の水素吸収による延性低下の寄与を伴う燃料ペレット/被覆管機械的相互作用(PCMI)によるものと考えられる。また、燃料ペレットは冷却材中に分散し、極めて細かい微粒子となって回収された。

論文

Pre-scission $$^{4}$$He multiplicity in the $$^{19}$$F + $$^{197}$$Au reaction

池添 博; 鹿園 直基; 永目 諭一郎; 杉山 康治; 冨田 芳明; 井出野 一実; 岩本 昭; 大槻 勉*

Physical Review C, 42(1), p.342 - 353, 1990/07

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.42.342
 被引用回数：34 パーセンタイル：85.84(Physics, Nuclear)

$$^{19}$$F+$$^{197}$$Au反応において、プリシッション$$^{4}$$Heとポストシッション$$^{4}$$Heの多重度を励起エネルギー43から90MeVの範囲で、核分裂片との同時計測により測定した。後方で測定された$$^{4}$$Heは複合核と、核分裂片から蒸発している事が判明した。エネルギースペクトルの中心値は、球形の複合核から蒸発した場合にくらべ2MeV程低エネルギー側にシフトしていた。測定されたプリフィッション$$^{4}$$He多重度を、核分裂の遅れた開始の効果を取り入れた統計モデル計算と比較した。その結果、この多重度は、もし2MeVだけ下げた$$^{4}$$Heに対する蒸気障壁を使うならば、核分裂の遅れた開始を考慮しなくとも統計モデル計算で再現できた。このことは、中性子放出の場合とは異なって$$^{4}$$Heの場合、崩壊巾に時間依存性があり、しかも核分裂と同じようなタイムスケールで変化する事を暗示している。

論文

Formation of n-butane by fission fragment radiolysis of gaseous ethylene

池添 康正; 佐藤 章一; 清水 三郎

Radiation Physics and Chemistry, 21(3), p.341 - 344, 1983/00

エチレンの核分裂片による放射線分解を調べた。G(ブタン)値として、8.1なる値をえた。G(ブタン)値は、高圧側で低下した。G(ブタン)値とその圧力依存性を核分裂片飛跡中のイオン種およびラジカル種の反応と関係づけた。エチレンイオンは核分裂片飛跡中で中和反応によって消滅すること、および、ブタンは核分裂片飛跡外で生成していることの二つを結論としてえた。

報告書

低温化学照射装置(LTFL)の撤去

佐藤 章一; 池添 康正; 清水 三郎; 中島 隼人; 小貫 薫; 高柳 政二; 鈴木 正年; 長谷川 昭司; 内藤 和夫

JAERI-M 82-081, 65 Pages, 1982/07

JAERI-M-82-081.pdf:1.97MB

低温化学照射装置(LTFL)を昭和56年4月と5月に撤去した。LTFLは、JRR-3水平実験孔を用いて昭和44年3月に建設された。以後、本装置は昭和54年10月の最終運転まで、核分裂片照射効果を中心とする放射線合成化学の研究のための炉内照射装置として利用された。本報告は、LTFLに関連した研究成果と共に、ループ撤去の計画と実施、撤去後の原子炉安全性検査について述べたものである。

論文

Fission fragment radiolysis of carbon dioxide

池添 康正; 佐藤 章一; 清水 三郎

Canadian Journal of Chemistry, 59(3), p.532 - 536, 1981/00

https://doi.org/10.1139/v81-075
 被引用回数：5 パーセンタイル：42.25(Chemistry, Multidisciplinary)

核分裂片による炭酸ガスの放射線分解を、$$gamma$$線によるそれと比較して調べた。二つの逆反応が考えられた。一つ(速い逆反応)はイオン連鎖反応であり、他(遅い逆反応)はラジカル反応(CO+O+CO$$_{2}$$$$rightarrow$$2CO$$_{2}$$)である。核分裂片によるG(CO)値は、常に$$gamma$$線によるG(CO)値よりも大であった。この結果を解析して、反応系中での核分裂片飛跡半径$$gamma$$$$rho$$$$<$$1.04$$mu$$g・cm$$^{-}$$$$^{2}$$、であることが示された。

論文

Fission fragment tracks in gases of 6-10 atm

池添 康正; 佐藤 章一; 清水 三郎

Radiation Physics and Chemistry, 17, p.63 - 67, 1981/00

三種の気体反応系(CO$$_{2}$$-C$$_{3}$$H$$_{8}$$,C$$_{2}$$H$$_{6}$$-NH$$_{3}$$,N$$_{2}$$-C$$_{2}$$H$$_{4}$$系)で観測されたLET効果は、核分裂片飛跡中でのイオン種の再結合と電解移動反応に関連付けられた。Prescribed Diffusion Modelを用いて、飛跡中の反応を解析した。その結果、各反応系での飛跡の半径として、r$$rho$$$$<$$0.72,$$>$$0.12,≦0.15$$mu$$g・cm$$^{-}$$$$^{2}$$なる値をCO$$_{2}$$-C$$_{3}$$H$$_{8}$$系,C$$_{2}$$H$$_{6}$$-NH$$_{3}$$系,N$$_{2}$$-C$$_{2}$$H$$_{4}$$系それぞれに対してえた。

報告書

低温化学照射装置(LTFL)の運転報告,7; 昭和51年度運転

小林 敏明; 佐藤 章一; 池添 康正; 清水 三郎; 中島 隼人

JAERI-M 7246, 14 Pages, 1977/08

JAERI-M-7246.pdf:0.57MB

昭和51年度には、LTFLを51年12月から、52年3月までの間に4回運転し、57試料を入れた19カプセルを照射した。照射運転は、これまでで最長の12時間照射も含めて順調であった。保守作業として、冷却水系統の洗浄用配管の取付け、計測系統の点検調整などを行った。照射試料の分析により、炭酸ガス分解による一酸化炭素生成と共に、水その他の多くの含酸素化合物が生成していることが明らかになった。たとえば、プロパン添加率1%で10~15MRadの照射により、G(CO)=5.4、G(H$$_{2}$$$$_{O}$$)=3.5、G(i-PrOH)=0.2、G(Acetone)=0.1といった値が得られた。LTFLは昭和42年に炉外試験、45年から照射運転を行ってきた。装置の炉内部分の放射能は、取外し時の放射線防護対策の最重要事であるので、これを評価するため、核種別の重量分布の評価を行った。

論文

Fission fragment radiolysis in ethane-ammonia system

清水 三郎; 池添 康正; 佐藤 章一

Journal of Nuclear Science and Technology, 13(12), p.738 - 742, 1976/12

https://doi.org/10.3327/jnst.13.738
 被引用回数：2

エタン-アンモニア混合系で生成するエチルアミンとn-ブタンに対する核分裂片の照射効果を調べた。反応圧力が1から14気圧の範囲では核分裂片照射の結果は炉内混合放射線および$$^{6}$$$$^{0}$$Co$$gamma$$線照射で得た結果に一致している。核分裂片の飛跡内では、$$gamma$$線の場合と同様に、正イオンとアンモニアとの反応が優先的に進行していることが明らかである。反応圧力の上昇に伴ない、G(C$$_{2}$$H$$_{5}$$NH$$_{2}$$)は減少しG(n-C$$_{4}$$H$$_{1}$$$$_{0}$$)は増加した。この現象はイオン的な機構によってエチルアミンが生成することを裏付けるものである。

論文

Radiation chemical reactions in carbon dioxide-propane system; Formation of carbon monoxide by fission fragments

池添 康正; 佐藤 章一

Journal of Nuclear Science and Technology, 13(9), p.503 - 507, 1976/09

https://doi.org/10.3327/jnst.13.503
 被引用回数：11

CO$$_{2}$$-C$$_{3}$$-H$$_{3}$$系の放射線分解を核分裂片(FF),炉内混合放射線(n+$$gamma$$),およびCO-60$$gamma$$線によって調べた。いずれの放射線によっても、プロパン1%添加の時、最大G(CO)値が入れられた。FFによるG(CO)値は常に$$gamma$$線,(n+$$gamma$$)線によるG(CO)値よりも大きかった。逆にFFによるG(C$$_{2}$$H$$_{6}$$)値は常に小さい。FFによる最大G(CO)値は6.7、他の放射線による最大G(CO)値は3.6であった。FFによる放射線分解と他の$$gamma$$線,(n+$$gamma$$)線による放射線分解の差異は、FF track内の反応に起因するものと考えられた。トラック内反応と拡散の速度の圧力依存性をMozunderのFFトラックモデルにもとづいて推定した。その結果、反応(2)が高圧になるにつれて効率よく起り、一酸化炭素の生成が促進されることがわかった。 CO$$_{2}$$$$^{+}$$+e$$^{-}$$$$rightarrow$$CO+O (2)

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