残留オーステナイトを含有する中Mn複合組織鋼の高速変形特性

興津 貴隆*; 北條 智彦*; 諸岡 聡; 宮本 吾郎*

鉄と鋼, 110(3), p.260 - 267, 2024/02

https://doi.org/10.2355/tetsutohagane.TETSU-2023-065

We have investigated the dynamic tensile properties of 4, 5, 6-mass%-Mn-containing low carbon steels with multi-phase microstructures containing retained austenite. The five materials used were classified into two groups. The first group of materials, with around 10% of retained austenite, showed normal strain rete dependence of yield strength (YS) and tensile strength (TS) as in conventional high strength steels. The second group of materials, containing 25-36% of retained austenite, exhibited Lders elongation showed also normal strain rate dependence in YS and flow stress at Lders deformation, but TS varied in a complex manner. Among the second group, in the 4 Mn steel, TS was nearly constant at strain rates below 1 s but increased slightly at higher strain rates. In the 5 and 6 Mn steels, TS once decreased up to the strain rate of 1 or 10 s, and then began to increase at higher strain rates. These behaviors were discussed in terms of temperature rise during plastic deformation causing suppression of martensitic transformation, and thermal stability of retained austenite. In the 4 Mn steel with relatively unstable retained austenite, almost all the austenite transforms regardless of strain rate. In the 5 and 6 Mn steels, where the retained austenite is moderately stable, strain induced transformation of austenite continues up to high plastic strain, providing a good balance of strength and ductility. At high strain rate, TS decreases slightly due to temperature rise, but at higher strain rates than 1 s, the strain rate sensitivity of flow stress in ferrite become prominent and the flow stress increases.

炉心溶融物の粘性及び表面張力同時測定技術の開発(委託研究); 平成30年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業

廃炉国際共同研究センター; 大阪大学*

JAEA-Review 2019-025, 36 Pages, 2020/01

JAEA-Review-2019-025.pdf:2.57MB

日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉国際共同研究センター(CLADS)では、平成30年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、研究課題のうち、平成30年度「炉心溶融物の粘性及び表面張力同時測定技術の開発」について取りまとめたものである。炉心溶融物である(U,Zr)Oやボライドは非常に高温であるために、通常の測定方法では容器との反応が避けられず、熱物性の測定は困難なため、本研究は、ガス浮遊法を用いて浮遊させた試料を加熱溶融させることで液滴とし、その液滴を基板に衝突させる。その衝突の一瞬の挙動から、粘性と表面張力を同時に導出する新しい技術を開発する。

Visualizing an ignition process of hydrogen jets containing sodium mist by high-speed imaging

土井 大輔; 清野 裕; 宮原 信哉*; 宇埜 正美*

Journal of Nuclear Science and Technology, 56(6), p.521 - 532, 2019/06

https://doi.org/10.1080/00223131.2019.1599743

In severe accident scenarios for sodium-cooled fast reactors, it is desirable to gradually consume hydrogen generated by various ex-vessel phenomena without posting a challenge to containment integrity. An effective means is combustion of hydrogen jets containing sodium vapor and mist, but previous studies have been limited to determining ignition thresholds experimentally. The aim of this study was to visualize the ignition process in detail to investigate the ignition mechanism of hydrogen-sodium mixed jets. The ignition experiments of the hydrogen jet containing sodium mist were carried out under a condition of little turbulence. The ignition process was measured with an optical measurement system comprised of a high-speed camera and an image intensifier, and a spatial distribution of luminance was analyzed by image processing. Detail observation revealed that sodium mist particles burned as scattering sparks inside the jet and that hydrogen ignited around the mist particles. Additionally, the experimental results and a simple heat balance calculation indicated that the combustion heat of sodium mist particles could ignite the hydrogen as the heterogeneous ignition source in the fuel temperature range where the mist particle formation was promoted.

シビアアクシデントの伝熱流動現象における素過程に関する研究; 高温粒子表面上の膜沸騰の崩壊挙動, 原子力基礎研究 H10-027-3 (委託研究)

阿部 豊*

JAERI-Tech 2002-011, 70 Pages, 2002/03

JAERI-Tech-2002-011.pdf:5.62MB

本研究は、軽水炉のシビアアクシデント時において発生する可能性のある蒸気爆発のトリガー機構の解明を目的に、膜沸騰状態で素混合している高温粒子表面での蒸気膜の崩壊挙動について実験により検討したものである。実験では、溶融液滴を模擬した高温粒子表面上に形成した蒸気膜を圧力波によって崩壊させ、圧力波による蒸気膜の微視的崩壊過程を、最大撮影速度40,500fpsのハイスピードビデオカメラを用いて撮影すると同時に、鋼球表面温度ならびに鋼球周辺圧力の高速同時測定を行った。得られた画像データを計算機処理することによって、蒸気膜崩壊時における、(1)気液界面厚さのスカラー量としての変化,(2)粒子像相関流速法(PIV)によって気液界面の2次元変動のベクトル量を、さらに(3)ディジタル相関法を用いることによって蒸気膜崩壊時のより詳細で微視的な気液界面変動を評価した。また得られた鋼球表面温度,液相温度並びに蒸気膜平均厚さを境界条件として熱伝導解析を行うことにより、気液界面温度を評価した。これらの結果より、圧力波が到達した時刻付近において膜厚が減少し、同時に蒸気膜内が白濁する現象がすべての条件において観察され、この白濁現象の発生する時刻において、気液界面温度が飽和温度より低くなる結果が熱伝導解析より得られた。このことは、蒸気膜崩壊のきっかけが、圧力波による直接的な外力の作用によってではなく、蒸気膜内での相変化によって発生する負圧によって低温液が駆動されて膜厚が減少し、蒸気膜の崩壊に至る可能性を示唆するものであることを示し、粗混合からトリガーに至る現象の解明に対する新たな知見を与えるものである。

Optical measuremet of waves on high speed water jet

伊藤 和宏*; 辻 義之*; 中村 秀夫; 久木田 豊*

9th Int. Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-9)(CD-ROM), 16 Pages, 1999/00

液体金属ビームターゲットを模擬した、板状の高速水ジェット流(3.5~20m/s)の自由界面波の特性を、自由界面で屈折するレーザー光を用いて計測した。本光学計測法は最大33kHzの応答速度を有し、平均流速20m/sでノズルから噴出するジェット流の界面波の傾斜角変動を良く捉えることができた。界面波は周波数スペクトルに明瞭なピークとして現れ、ノズル出口からの距離とともに振幅が増加した。得られたデータを基に、ノズル近傍での波の間欠的な出現状況を統計的に整理した。

High-speed surface temperature measurements on plasma facing materials for fusion applications

荒木 政則; 小林 正信*

Review of Scientific Instruments, 67(1), p.178 - 184, 1996/01

https://doi.org/10.1063/1.1146567

核融合炉用プラズマ対向機器の寿命は、プラズマディスラプションの程度及び回数で決定される。このため、ディスラプション中のプラズマ対向機器表面材料の損耗や損傷を評価する必要がある。材料の溶融・蒸発挙動に関する研究は、いくつか行われているが、表面温度に関する研究は温度計測技術上、多くの課題があったため粗い温度測定がなされているのが現状である。このため、計量研究所と共同で、高電圧ノイズ下における短時間(0.1~3ミリ秒)・高温度(2000C以上)の温度測定技術の確立を目指して、核融合炉で想定される熱衝撃実験を行った。この結果、1)計量研究所にて開発された高速度赤外温度計にノイズ対策を実施することにより、核融合炉環境下に適用できること、2)実験結果は蒸発を考慮した2次元解析とよく一致した。本実験結果をもとに、多素子Ge高速度赤外温度計を設計・製作した。

制御棒落下実験における遅れ積分計数法

金子 義彦*; 山根 剛; 島川 聡司; 山下 清信

日本原子力学会誌, 38(11), p.907 - 911, 1996/00

https://doi.org/10.3327/jaesj.38.907

積分計数法は原子炉の臨界未満度を決定する制御棒落下実験で広く使用されてきた。制御棒の挿入開始にともなって起る中性子密度の減衰は、その挿入度が低いと遅れる。一点動特性に基づく解析によると、これまで使われてきた積分計数法では、たとえ挿入時間が1~2秒の領域でも反応をかなり過小評価してしまう。高温工学試験研究炉(HTTR)については挿入時間は4~6秒に拡大される。この問題に対処するため遅れ積分計数法を提案する。この方法では、制御棒の落下が完了してから積分計数を始め、また、それ以前の計数に対する補正は瞬時挿入を仮定した一点炉動特性モデルを用いた計算により実施する。その理由は、制御棒落下の遅れの中性子密度減衰の遅れへの影響はその時点でほとんど消失するからである。この方法によれば20ドルもの大きな負の反応度が系統誤差2%の範囲で決定し得る。

Development of temporally-resolved neutron radiography methods for visualization of high-speed transient fluid phenomena

三島 嘉一郎*; 日引 俊*; 藤根 成勲*; 米田 憲司*; 神田 啓治*; 西原 英晃*; 鶴野 晃; 松林 政仁; 傍島 眞

Proc. of 2nd Int. Topical Meeting on Neutron Radiography System Design and Characterization, 0, p.309 - 315, 1995/00

高速過渡流動現象の可視化を目的に高時間分解能中性子ラジオグラフィ撮像系を構築し、(A)パルス中性子を用いたフィルム法による金属製矩形管内空気-水二相流の瞬間画像、(B)パルス中性子を高速度ビデオを用いた金属製円管内沸騰水二相流の連続画像、(C)10および10/cmsecの定常中性子と高速度ビデオを用いた金属製矩形管内空気-水二相流の連続画像、の撮像実験を行い、本法の限界時間分解能の推定を行った。

緊急時の大気拡散・被爆評価数値モデルの高速・軽量化

茅野 政道; 林 隆

日本原子力学会誌, 32(8), p.799 - 802, 1990/08

https://doi.org/10.3327/jaesj.32.799

大型の集中監視型緊急時環境放射能予測システムであるSPEEDIの詳細計算に利用されている、移流・拡散方程式の数値計算大気拡散・被爆評価モデルを、小型計算機への導入を目的に高速化、メモリー縮小の改良を行なった結果を示した。主な改良点は、1)ランダムウォークモデルによる拡散計算の導入、2)カーネルデンシティ・エスティメータによる濃度、線量計算、3)濃度・線量寄与値のテーブル化による計算の省略、である。上記改良により、ワークステーション等小型計算機への詳細モデル導入の見通しを得た。

高速二相流に関する研究,3; 等断面積流路における臨界流の理論

安達 公道

日本原子力学会誌, 16(5), p.282 - 288, 1974/05

https://doi.org/10.3327/jaesj.16.282

第1報で提案した高速二相流に関する一般理論を、等断面積流路からの臨海放出現象に適用した結果について報告する。すなわち、高圧貯槽の圧力およびクオリティが与えられた時、流路内の任意の点におけるクオリティ、蒸気および水流速、すべり比、ボイド率等の二相流変数を、その点の圧力から求めることができることを示した。また、二相臨界流は、積算摩擦圧力損失がそれ以上増大しない極限の流れとして定義できることを示した。さらに、流路の二相摩擦圧力損失特性がわかって居れば、上述の各二相流変数を、流路上の位置の関数として決定できることを示した。数値計算の結果、臨界圧力については実験値とよく一致することが示されたが、一方、激しいフラッシングを伴う二相流の摩擦圧力損失が、そうでない二相流について提案された整理式による値に較べて、ずっと大きいことも明らかになった。