Pore connectivity influences mass transport in natural rocks; Pore structure, gas diffusion and batch sorption studies

Yuan, X.*; Hu, Q.*; Lin, X.*; Zhao, C.*; Wang, Q.*; 舘 幸男; 深津 勇太; 濱本 昌一郎*; Siitari-Kauppi, M.*; Li, X.*

Journal of Hydrology, 618, p.129172_1 - 129172_15, 2023/03

https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2023.129172

Mass transport in geomedia as influenced by the pore structure is an important phenomenon. Six rocks (granodiorite, limestone, two chalks, mudstone, and dolostone) with different extents of heterogeneity at six different particle sizes were studied to describe the effects of pore connectivity on mass transport. The multiple methods applied were porosity measurement, gas diffusion test, and batch sorption test of multiple ions. Porosity measurement results reveal that with decreasing particle sizes, the effective porosities for the "heterogenous" group (granodiorite and limestone) increase, whereas the porosities of "homogeneous" group (chalks, mudstone, and dolostone) roughly remain constant. Gas diffusion results show that the intraparticle gas diffusion coefficient among these two groups, varying in the magnitude of 10 to 10 m/s. The batch sorption work displays a different affinity of these rocks for tracers, which are related to their mineral components. For granodiorite, mudstone, and dolostone, the adsorption capacity increases as the particle size decreases, due to higher specific surface area in smaller particle-size. In general, this integrated research of grain size distribution, rock porosity, intraparticle diffusivity, and ionic sorption capacity gives insights into the pore connectivity effect on both gas diffusion and chemical transport behaviors for different lithologies and/or different particle sizes.

Fracture toughness evaluation of reactor pressure vessel steels by master curve method using miniature compact tension specimens

飛田 徹; 西山 裕孝; 大津 拓与; 宇田川 誠; 勝山 仁哉; 鬼沢 邦雄

Journal of Pressure Vessel Technology, 137(5), p.051405_1 - 051405_8, 2015/10

https://doi.org/10.1115/1.4029428

ミニチュアコンパクトテンション(0.16T-CT)試験片のマスターカーブ法による破壊靭性評価への適用性を明らかにするため、0.16インチから1インチまでの板厚・形状の異なる数種類の試験片(0.16T-CT, PCCv, 0.4T-CT, 1T-CT)を用いて破壊靱性試験を行った。不純物含有量、靱性レベルが異なる5種類の原子炉圧力容器鋼に対して、0.16T-CTを用いて評価した破壊靱性参照温度()は、1T-CTその他板厚の試験片と良い一致を示した。また、1インチ相当に補正した0.16T-CT試験片の破壊靭性値のばらつきの大きさ及び負荷速度依存性も同等であった。さらに、0.16T-CT試験片を用いてを評価する場合の最適な試験温度に関し、シャルピー遷移温度を元にした設定法について提案を行った。

Expectations of JAERI on INIS from a viewpoint of socio-economic evaluation

柳澤 和章; 高橋 祥次; 成田 脩; 米澤 稔

IAEA-CN-123/03/P/18 (CD-ROM), 9 Pages, 2004/10

http://www.iaea.org/km/cnkm/papers/yanagisawajapan.pdf

原研基礎科学研究の社会経済的効果を理解するため、研究ネットワークを通じての社会的相互交流の刺激と促進を定量的に研究した。(1)重要語{100}をINISに入力して物質科学に関する世界的な潮流を調べた。その結果、原研の物質科学研究はINIS加盟の先進国で行われている物質科学研究と遜色ないことがわかった。(2)物質科学研究で、原研が注力してきた分野として「イオン照射」,「アクチノイド」があり、これらは原子力との結びつきが強い研究分野である。アクチノイド研究分野では、ネットワーク成長率(全論文に対する原研-公共著論文の割合)は25年で3-4%、最近5年で8%となっている。最近はネットワークの成長率が著しい。(3)原研と東大等の他5研究機関で比較してみると、代表的な110研究分野のうち7領域(中性子,加速器等)が重畳していた。この重畳(競合)領域では、両機関が互いに補完し合い技術レベルの向上に努めていることがわかった。

日本原子力研究所事業の達成と研究成果の社会経済的効果に関する評価報告書,2; 日本原子力研究所における基礎・基盤研究の社会経済的評価

研究業務評価検討アドホック委員会

JAERI-Review 2003-036, 75 Pages, 2003/11

JAERI-Review-2003-036.pdf:9.68MB

基礎・基盤研究分野について、社会経済的効果に関する評価の、定量的な把握・分析を試みた。評価対象は物質科学研究とし、概略以下のような評価結果を得た。(1)原研物質科学の注力研究分野としては、イオン照射,アクチノイド等原子エネルギーに深く関連する分野が挙げられる。(2)国内物質科学研究の原研以外の代表的研究機関(KEK,東大,東北大,物材研及び理研を抽出)が注力する研究分野と比較すると、原研の注力研究分野と共通するのは、放射光,照射,電子顕微鏡,中性子,核反応断面積等ごく一部で、しかも、この競合領域では、お互い張り合うというよりは、補完的な形で、国全体として総体的に見た場合の研究水準を高め合っている形が見られる。(3)原研が注力してきた研究分野としては、アクチノイド,中性子照射,消滅処理等が挙げられる。また、ネットワーキングの大きさ,連携の程度が大きく、社会経済効果が大きいものとしては、中性子,核反応,アクチノイド等が挙げられる。(4)アクチノイドについてネットワーキングの実態を調べたところ、25年間の論文数シェアは、原研25%,学界及び公的機関の公52%,民間17%であった。共著論文数でみた機関間のネットワーキングの程度は、5年間ごとに見て原研-公では3-4%,最新5年は8%の割合で増加した。また、共同論文の著者を個別に追跡した結果を見ても、原研が主体的に研究に携わり、ネットワークの外部効果を拡大している様子が見てとれた。

Computation on fuel particle size capable of being regarded as homogeneous in nuclear criticality safety analysis

奥野 浩; 内藤 俶孝; 奥田 泰久*

Journal of Nuclear Science and Technology, 31(9), p.986 - 995, 1994/09

https://doi.org/10.3327/jnst.31.986

核燃料施設で取扱われる粉末状燃料に対して、臨界安全評価上では最も厳しい状態として冠水状態がしばしば想定される。このような体系は非均質ではあるが、燃料粒径が非常に小さければ均質と見なしても反応度は殆ど変わらないであろう。水中に置かれた低濃縮の二酸化ウラン球状燃料粒塊の無限立方配列を対象に、濃縮度、水対燃料体積比及び燃料粒径を変えて中性子増倍率を計算した。計算には超多群衝突確率法計算コードを用いた。中性子増倍率の均質系からの変化割合は、共鳴を逃れる確率、次いで熱中性子利用率の変化割合に支配され、これらの量は低濃縮度ウラン(10wt%以下)、燃料粒径1mm以下では、平均ウラン濃度(または水対燃料体積比)に主に依存し、濃縮度に殆ど依存しないことが分かった。得られた関係式を用いることにより、均質と見なしてよい燃料粒径の大きさは無視しうる中性子増倍率の相対誤差との関係で決められる。

Future potential of nuclear heat utilization in energy, economy and environment

田所 啓弘; 佐藤 治; 安川 茂; 林 敏和*

Nucl. Eng. Des., 136, p.211 - 217, 1992/00

https://doi.org/10.1016/0029-5493(92)90131-E

小型モジュール型高温ガス炉が経済的競合力を有するための条件及び高温核熱利用のエネルギー・環境面からみた役割について検討し、以下の結論を得た。小型モジュール型高温ガス炉はモジュラー化、安全系の設計簡素化などによりスケール指数0.7程度が可能であれば、習熟のスロープが0.9程度でも大型炉と充分に競合しうることが示された。また、電力市場においては、需要地近接立地を想定すれば、建設費及び運転維持費が大型炉の1.4倍高くなっても、石炭火力やLWR発電と比較して完全な競争力を有することが判った。更に、高温核熱を化石燃料の改質、水素製造、メタノール合成等に利用することにより、石油輸入量を低く抑え、SO,NO,CO排出消滅にも多大に寄与する可能性があることが示された。

二酸化ウラン燃料粒径の反応度に及ぼす効果; 衝突確率法計算コードを用いた超多群計算による検討

奥野 浩; 奥田 泰久*

JAERI-M 91-107, 49 Pages, 1991/08

JAERI-M-91-107.pdf:1.09MB

粉末状またはスラリー状燃料の非均質効果を調べるために小さな1つの燃料塊とその周囲の水からなる微小な燃料セルの反応度を計算する。燃料の種類は低濃縮の二酸化ウラン燃料で、冠水状態を想定する。水と燃料の体積比を一定のまま燃料塊の大きさに応じてセルを小さくしていく。燃料塊の大きさ0の極限を均質と見なす。超多群エネルギーの中性子輸送方程式を衝突確率法で解く方法を用いて反応率を計算する。衝突確率の計算はRABBLEコード(高速群側)及びTHERMOSコード(熱群側)を球状セルに拡張して実施する。無限増倍率及び四因子と、その均質系からの変化割合を求める。低濃縮度(3~10wt%)の二酸化ウラン球状燃料と水からなる配列系では、平均濃度が同一としてそれを均質とみなすと、燃料粒径が2mmでも反応度を2%程度低く見積ること及びその主因子は共鳴を逃れる確率にあることが計算の結果明らかになった。

Preparations for revising the criticality safety handbook of Japan

奥野 浩; 小室 雄一; 内藤 俶孝

Proc. of the CSNI Specialist Meeting on Safety and Risk Assessment in Fuel Cycle Facilities, p.103 - 109, 1991/00

日本原子力研究所では1988年に科学技術庁によって発行された日本初の臨界安全ハンドブックの改訂及び補追作業を行っている。この作業は仁科教授を主査とする作業グループの意見を反映する形で行われている。改訂版では反応度効果をより精細に取扱い、化学プロセスデータや事故評価データを加える予定である。改訂版に含まれる予定の2つの項目-燃料粒径の効果及び部分反射体の効果についてこの論文では述べる。

Downcomer effective water head during reflood in a postulated PWR LOCA

数土 幸夫; 中島 甫

Journal of Nuclear Science and Technology, 19(1), p.34 - 45, 1982/00

https://doi.org/10.3327/jnst.19.34

PWR・LOCAにおいて、ECC水の再冠水時の唯一の炉心注水駆動力となるダウンカマー有効水頭を、実長規模の実験装置を用い調べた。その結果、主要パラメータである初期壁温、流路ギャップ、下向き水流速の影響として、1)初期壁温が高い程、有効水頭が小さくなる、2)ギャップが小さい程有効水頭が小さくなる、3)下向き水流速の影響は実用上無視できる、ことが明らかとなった。 一方、ボイド率評価式を用いて有効水頭を予測したところ、有効水頭が急激に変化する期間を除いて、実験結果と予測との一致は良好であり、主要パラメータの影響についても実験結果の傾向を説明することができた。