Characterization of bremsstrahlung and -rays of fuel debris

松村 太伊知; 奥村 啓介; 藤田 学*; 坂本 雅洋; 寺島 顕一; Riyana, E. S.

Radiation Physics and Chemistry, 199, p.110298_1 - 110298_8, 2022/10

https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2022.110298

The characterization of bremsstrahlung and -rays from fuel debris differs from that of spent fuels evaluated to date, due to factors such as material composition and release of volatile fission products. In this work, in order to clarify the conditions under which the effect of bremsstrahlung compared to the total photons (bremsstrahlung and -rays) in fuel debris is maximized, the average energies and dose rates from the energy spectra of bremsstrahlung and -rays on the fuel debris surface were obtained using a Monte Carlo simulation. In the simulation, the average energies and dose rates were evaluated with consideration of the composition, size, fission product release, and retrieval time of the fuel debris. The simulation showed that the composition with the largest amount of change to the average total photons energy caused by bremsstrahlung was the molten fuel debris, and the composition with the maximum fraction of bremsstrahlung in the dose rate was the UO. The maximum value of the fraction of bremsstrahlung in the dose rate was evaluated to be about 17%. This work is expected to contribute to the prediction of the radiation characteristics of the fuel debris that will be retrieved from the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station in the near future.

Role of bremsstrahlung radiation in limiting the energy of runaway electrons in Tokamaks

Bakhtiari, M.; Kramer, G. J.*; 武智 学; 玉井 広史; 三浦 幸俊; 草間 義紀; 鎌田 裕

Physical Review Letters, 94(21), p.215003_1 - 215003_4, 2005/06

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.94.215003

トカマクにおいて発生する逃走電子の制動輻射は逃走電子の最大エネルギーを制限することがわかった。逃走電子の取りうる最小、及び最大のエネルギーはそれぞれ衝突と制動輻射によって決められている。さらに、キセノンのような高Zガスを入射することによって、ディスラプションによって励起された逃走電子電流を逃走電子が第一壁に到達する前に停止しうることがわかった。

Applicability study on existing dosimetry systems to high-power Bremsstrahlung irradiation

Mehta, K.*; 小嶋 拓治; 須永 博美

Radiation Physics and Chemistry, 68(6), p.959 - 962, 2003/12

https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2003.08.007

既存線量計システムの高出力制動放射線への適用性を線量相互比較を通して調べた。5MeV電子加速器から得た高出力制動放射線を用いて数種の線量計をファントム中で4-12kGy照射した。線量計には、3種のアラニン線量計と3種の液体化学線量計(硫酸セリウム,重クロム酸及びエタノールクロロベンゼン)及びグルタミン線量計を用いた。制動放射線に対する線量応答については、Co-60線の校正曲線から線量値を決定した。いずれの線量計も3線量レベルの値は3%以内でよく一致し、高出力制動放射線にも応用できることが示された。

Conceptual design of tokamak high power reactor (A-SSTR2)

西尾 敏; 飛田 健次; 牛草 健吉; 小西 哲之

プラズマ・核融合学会誌, 78(11), p.1218 - 1230, 2002/11

http://ci.nii.ac.jp/naid/10010393114

経済性と環境安全性に優れたトカマク炉(A-SSTR2)の概念設計を行った。ITER-FEATとほぼ同じサイズのコンパクトさで、4GWの高い核融合出力を得るべく、規格化ベータ=4及びトロイダルコイルの最大経験磁場23Tを設定した。60MW,1.5MeVの負イオン中性粒子ビーム電流駆動と約80%のブートストラップ電流で定常運転を行う。装置構成上の特徴はセンターソレノイド(CS)コイルが排除されている点である。CSコイルを排除してもプラズマ着火及び電流立ち上げが可能であることを1.5D輸送コードTOPICS及びASTRAコードを用いたシミュレーションにより示した。最大磁場23Tのトロイダルコイルに作用する強大な電磁力を支持するために、CSコイルを排除したトーラス中心領域に支持構造部及び中心支柱を配置し許容応力を満足する構造解を見いだした。ポロイダルコイルは6個と簡素化されているが、三角形度0.4,楕円度1.8のプラズマ平衡配位が得られている。ERRATO-Jコードの評価では、導体壁をr/a=1.2の位置に置くことで=4までキンクモード(n=1,2)が安定となる。TOPICSで得られた分布では、最大出力時においてもバルーニングモードは安定であることが確認されている。垂直位置不安定性については、バナジウム合金製の5cm厚の鞍型安定化シェルの設置により、不安定性の成長率を40Hzと抑制することができ、フィードバック制御の見通しが得られた。

超臨界水冷却固体増殖ブランケットシステムの概念検討

榎枝 幹男; 小原 祥裕; 秋場 真人; 佐藤 聡; 秦野 歳久; 古作 泰雄; 黒田 敏公*; 菊池 茂人*; 柳 義彦*; 小西 哲之; et al.

JAERI-Tech 2001-078, 120 Pages, 2001/12

JAERI-Tech-2001-078.pdf:8.3MB

本報告書は、経済的競争力の強化と技術的な堅実さの維持を両立する原型炉ブランケットの概念構築を目的として行われた平成12年度の原型炉ブランケット設計会議での作業内容をとりまとめたものである。平成11年度の核融合会議戦略検討分科会の議論等から、原型炉の果たすべき使命に関して見直しがなされ、経済的な競合性を有する実用炉の原型であり、それと同じ材料と設計を使用して商業的に魅力ある動力炉の原型であるから、原型炉で、実用化に必要な技術はすべて開発し実証する、と結論付けられた。この見直しを受けて、過去数年にわたるプラズマ研究や炉工学技術開発の進展を勘案して、開発目標として再設定をし、原型炉としてA-SSTRで提案された超臨界水冷却方式の固体増殖ブランケットを目標とし、その概念検討を行った。本概念検討の結果、除熱,発電,燃料増殖,遮蔽などの基本的な性能に関して、超臨界水冷却固体増殖ブランケットの実現可能性が示された。また、電磁力に関する検討,超臨界水による腐食防止に関する予備調査,トリチウム生成挙動と回収方式の検討,冷却発電システムの検討,モジュール製作性の検討,遠隔保守着脱機構,交換計画の検討などを行い、今後解決するべき検討課題を明らかにした。

核融合動力炉A-SSTR2の物理検討

西尾 敏; 牛草 健吉; 植田 脩三; Polevoi, A.*; 栗田 源一; 飛田 健次; 栗原 良一; Hu, G.; 岡田 英俊*; 村上 好樹*; et al.

JAERI-Research 2000-029, 105 Pages, 2000/10

JAERI-Research-2000-029.pdf:4.19MB

本論文は、定常トカマク核融合原型炉SSTR、コンパクトで高出力の改良型定常トカマク動力炉A-SSTR及び環境適合性を高め稼働率向上を目指した大型核融合動力炉DREAM等の設計をベースに、高い経済性、稼働率を有し環境適合性に優れた小型で大出力の高効率核融合動力炉A-SSTR2のプラズマ物理の成立性を論じたものである。JT-60で得られている実験データをもとにこれからの炉心プラズマ研究の進展を予測して、主半径6.2m、小半径1.5mでプラズマ電流が12MAの高磁場トカマクとし、規格化値4で4GWの核融合出力とした。超伝導コイルは高温超伝導を用いた高磁場コイルとし、最大経験磁場を23Tとした。超伝導マグネット系の簡素化及び強い電磁力支持の観点から、中心ソレノイドコイル無しの設計とするとともに、分解・保守用大型水平ポートを想定して、ポロイダル磁場コイルを装置の上下に6個の設置することとした。このような著しく簡素化されたコイル系で、プラズマの平衡、形状制御性、着火、12MAまでの非誘導電流駆動立ち上げ、ダイバータを検討し、A-SSTR2概念の成立性が明らかにされている。

Control of fusion power in a steady-state tokamak reactor

栗原 良一; 西尾 敏; 植田 脩三; Polevoi, A. R.; 青木 功; 安島 俊夫*; 岡田 英俊*; 長谷川 満*; 牛草 健吉

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.3, p.553 - 557, 2000/00

商業発電炉は、日中や季節ごとの電力需要の変化に応じて炉の出力制御が可能である方が望ましい。従来、自己点火プラズマの核融合炉にとって出力制御は容易でないと考えられてきた。本論文は、将来の定常核融合動力炉において核融合出力制御が可能であることを明らかにした。原研で検討している革新的定常核融合炉A-SSTR(定格出力4.0GW)を例に、外部から容易に制御できる加熱電流駆動パワー,電子密度,プラズマ電流を変化させることにより、どの程度、核融合出力を変化させることができるか、電流駆動解析コードACCOME及び1.5D輸送コードTOPICSを用いて評価した。その結果、定格運転パラメータからプラズマ電流を25%、電子密度を38%、加熱電流駆動パワーを25%の範囲で変化させ、定格核融合出力の66%まで下げられることを明らかにした。

Collisional relaxation of an electron velocity distribution function in ultra-fast laser irradiation

山極 満; Koga, J. K.; 匂坂 明人*; 永島 圭介

Plasma Physics and Controlled Fusion, 41(2), p.265 - 270, 1999/00

https://doi.org/10.1088/0741-3335/41/2/010

超短パルスレーザー照射完全電離プラズマにおいて加熱される電子の速度分布関数の衝突緩和について2次元非線形フォッカー-プランク解析を行った。トンネリングイオン化あるいはATI(above-threshold ionization)を経て生じる電子振動及び電子-イオン衝突による逆制動輻射加熱に対する電子-電子衝突の効果について検討を行った。電子-電子衝突の有無による低エネルギー電子の個数の差異はレーザーパルス後でも数10%に達し得ることを見いだした。これは、低速電子による再結合率評価において電子の自己衝突効果を無視し得ないことを示している。さらに、本研究では、電子の1次元エネルギースペクトルのほか、速度分布関数の2次元構造についても論議した。

Consideration of high T superconductor application to magnets for tokamak fusion reactors

安藤 俊就; 礒野 高明; 中嶋 秀夫; 菊池 満; 辻 博史

Fusion Technology 1998, p.791 - 794, 1998/00

最近の高温超伝導体の発展に伴い、その核融合炉への適用について考察した。その結果、定常トカマク型動力炉(SSTR)のトロイダル・コイルにおいて、16.5Tの磁場を従来の4.5Kの温度での運転を20Kまで上げて運転できることが示された。さらに30Kの温度での運転も、今後の高温超伝導体の開発の進展で可能であり、核融合炉が低コストで運転できることが示された。

Intense coherent bremsstrahlung light source utilizing compact electron accelerators

峰原 英介; 田中 英一*

Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., P. 119, 1997/00

自由電子レーザーは、クライストロン等のマイクロ波の発振管の原理を可視光やもっと短波長の電磁波の発生に応用したものである。電子エネルギーは基本的には波長と直接的な電子ビームの関係式があり、厳しい制限を課しているが、アンジュレーター周期等を短くし、電子のバンチを波長程度に短くすれば小型の高出力電子加速器を自由電子レーザー駆動源として動作させることが可能である。発振させるためには、大電流が狭い空間に閉じ込められている必要があるが、これが満たされず、発振に必要な増幅率を確保できなくても有用な、強度の大きな、短波長の電磁波が利用できる。小型の高出力電子加速器を用いて、空間的または時間的に可干渉である遠赤外域から硬X線域までの広い範囲の電磁波を生成できることを議論し、この新しい光源を提案する。小型の高出力電子加速器は、電子ビームが高品質であることが必要であるので、具体的には20MeVから10MeV程度の超伝導リニアック及び静電加速器を想定している。アンジュレーターは、発生波長によって結晶格子、超格子及び通常型プレナーアンジュレーター等を利用することが可能である。