Scaling-up capabilities of TRACE integral reactor nodalization against natural circulation phenomena in small modular reactors

Mascari, F.*; Bersano, A.*; Woods, B. G.*; Reyes, J. N.*; Welter, K.*; 中村 秀夫; D'Auria, F.*

Proceedings of 19th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-19) (Internet), 16 Pages, 2022/03

Safety analyses have a key role for designing the mitigation strategies and for a safety review process, which are carried-out with best-estimate thermal-hydraulic system codes. Small Modular Reactors (SMRs) adopting passive mitigation strategies under development are characterized by some common features with the current reactors and by other features typical of their designs. While many of Natural Circulation (NC) have been studied, further analyses are necessary to confirm the code capability against experimental data representative of SMR phenomenology. Though different scaling methods have been developed, distortions are unavoidable in the experimental facility design. Then, scaled-down facilities are limited in scaling-up capabilities, which may affect the capability of the code to predict full-scale behavior. Therefore, in a V&V process, uncertainty related to the code scaling-up capability is still an open issue. Since the OSU-MASLWR is scaled in volume and height, this paper aims to assess the scaling-up capability of the OSU-MASLWR Reactor Pressure Vessel nodalization against NC phenomenology typical of SMR, having the OSU-MASLWR-002 single phase NC data as a base. This may give some first insights about the TRACE scaling-up capability against single-phase NC in integral type configuration.

Isotope and plasma size scaling in ion temperature gradient driven turbulence

井戸村 泰宏

Physics of Plasmas, 26(12), p.120703_1 - 120703_5, 2019/12

https://doi.org/10.1063/1.5133084

本論文では大域的full-fジャイロ運動論シミュレーションを用いてイオン温度勾配駆動(ITG)乱流が支配的な水素(H)および重水素(D)のLモードプラズマにおける水素同位体と規格化ジャイロ半径の影響を示す。断熱応答電子を用いたイオン加熱数値実験では、エネルギー閉じ込め時間はBohm的なスケーリングで決まり、水素同位体質量依存性は見られない。運動論的電子を用いた電子加熱数値実験は電子からイオンへの衝突性エネルギー移行に対する同位体効果に起因する明確な同位体質量依存性を示し、約1.4倍の加熱パワー比でH, Dプラズマは同様のイオン,電子温度分布を示す。H, Dプラズマの規格化無衝突イオンジャイロ運動論方程式はが同じ場合に等価となり、ITG乱流に対する衝突効果も弱い。このため、水素同位体質量依存性は主にスケーリングと加熱源によって決まる。

Considerations on phenomena scaling for BEPU

中村 秀夫

Proceedings of ANS International Conference on Best Estimate Plus Uncertainties Methods (BEPU 2018) (USB Flash Drive), 8 Pages, 2018/00

軽水炉の安全評価にて、システム解析コードを用いて不確かさを考慮した最適評価解析(BEPU)を行うとき、本来目標である高温高圧で多様な形状を有する実機での伝熱流動条件下に生じる事故現象の精確な予測には依然として残されている課題がある。その中で、主に流路サイズと圧力(流体物性)に依存した現象のスケーリングが関与する課題の例を挙げ、Keynote講演での議論に資する。

Scaling issues for the experimental characterization of reactor coolant system in integral test facilities and role of system code as extrapolation tool

Mascari, F.*; 中村 秀夫; Umminger, K.*; De Rosa, F.*; D'Auria, F.*

Proceedings of 16th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-16) (USB Flash Drive), p.4921 - 4934, 2015/08

The phenomenological analyses and thermal hydraulic characterization of a nuclear reactor are the basis for its design and safety evaluation. Scaled down tests of Integral Effect Test (IET) and Separate Effect Test (SET) are feasible to develop database. Though several scaling methods such as Power/Volume, Three level scaling and H2TS have been developed and applied to the IET and SET design, direct extrapolation of the data to prototype is in general difficult due to unavoidable scaling distortions. Constraints in construction and funding for test facility demand that a scaling compromise is inevitable further. Scaling approaches such as preservation of time, pressure and power etc. have to be adopted in the facility design. This paper analyzes some IET scaling approaches, starting from a brief analysis of the main characteristics of IETs and SETFs. Scaling approaches and their constraints in ROSA-III, FIST and PIPER-ONE facility are used to analyze their impact to the experimental prediction in Small Break LOCA counterpart tests. The liquid level behavior in the core are discussed for facility scaling-up limits.

Cross sections of charge transfer by slow doubly-charged carbon ions from various carbon containing molecules

日下部 俊男*; 塩田 健司*; 久保 博孝; 白井 稔三*

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.7, p.237 - 239, 2006/00

核融合プラズマ装置においてプラズマ対向面として炭素材料を用いた場合、周辺プラズマには炭素イオンや種々の炭化水素分子が不純物として発生する。これら不純物の挙動をモデル化するには、炭素イオンと炭化水素分子の電荷移行断面積が必要である。われわれは、Cと種々の炭化水素分子及びCO, COの1電子及び2電子の移行断面積を0.7-6keVのエネルギー領域で測定した。その結果、ここで測定したほとんどの場合に対して電荷移行断面積はエネルギー依存性が弱いことがわかった。また、炭化水素分子の1電子移行断面積は炭化水素分子の電離エネルギーに依存することがわかった。一方、2電子移行断面積にはそのような依存性は見られなかった。

ITERトカマクの耐震性評価にかかわる振動試験計画

武田 信和; 中平 昌隆

JAERI-Tech 2004-073, 59 Pages, 2005/01

JAERI-Tech-2004-073.pdf:11.36MB

ITERトカマクは異なる運転温度の機器からなり、その温度差による熱変形を許容するために、支持脚に柔軟性を持たせている。このような構造上の特徴から、ITERトカマクは複雑な振動挙動を示すことが予想され、耐震設計においてはこの点について十分に考慮する必要がある。このような構造はこれまでに例がないため、耐震設計に用いる数値解析モデルを事前に実験により検証することが必要不可欠である。特に、支持構造については板バネとボルト等からなる複雑な構造体であり、その機械的特性の把握は重要である。本報告は、ITERトカマクの耐震設計に必要となる一連の振動試験計画について、その全体計画を示すものである。トカマク全体の振動特性を把握するための試験は、可能であれば実規模の試験体を用いて行うことが望ましいが、試験設備の制約から縮小試験体を用い、スケール則を適用して試験結果を解釈する。また、スケール則が適用できない現象である減衰特性については、支持脚の実規模試験体を用いて試験を実施する。さらに、真空容器縮小試験や支持脚小型縮小試験といった、その他の補完的な試験も合わせて計画されている。

An Improved fast neutron radiography quantitative measurement method

松林 政仁; 日引 俊*; 三島 嘉一郎*; 吉井 康司*; 岡本 孝司*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 533(3), p.481 - 490, 2004/11

https://doi.org/10.1016/j.nima.2004.06.142

もともと熱中性子ラジオグラフィ用に提案されたスケーリング法の高速中性子ラジオグラフィ定量化法としての有効性をモンテカルロ計算及び高速中性子源炉弥生で実施した実験により検証した。水と銅がそれぞれ、熱中性子ラジオグラフィとの比較及び密度の大きい試料として選ばれた。シミュレーションにより実効的な巨視的断面積は異なった特性を有していることが示唆されたが、核分裂スペクトル断面積を用いたスケーリングにより校正した実験結果は水,銅ともに測定結果とよく一致した。このことは、スケーリング法が高速中性子ラジオグラフィの定量測定法としてうまく適合することを示している。

Analysis of an FEL oscillator at zero detuning length of an optical cavity

西森 信行

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 528(1-2), p.34 - 38, 2004/08

https://doi.org/10.1016/j.nima.2004.04.013

原研FELで初めて観測された光共振器の完全同期長発振の解析の報告である。完全同期長発振のFEL電場はself-amplified spontaneous emission (SASE) FELとよく似た性質を持っている。どちらの場合にも、光の先頭部分は自発放射光レベルであり、コヒーレントな増幅電場がそれに続く。完全同期長では、FEL光は光共振器でフィードバックされ、電子と繰り返し相互作用する。コヒーレント電場は成長を続け、飽和状態では 高い電子密度を持つSASE-FELの立上り電場とよく似た性質を持つ。完全同期長発振のピークパワーとパルス幅は、FELパラメーターと光共振器のロスにスケールする。

Characteristics of halo current in JT-60U

閨谷 譲; 中村 幸治; 芳野 隆治; 波多江 仰紀; JT-60チーム

Fusion Energy 1998, p.859 - 862, 1998/10

トカマクでディスラプション中に真空容器に流入する電流(ハロー電流)の特性を、新たにJT-60Uに設置したロゴスキーコイルタイプの検出器を用いて調べた。プラズマを下側に押しつけて垂直移動の不安定性を模擬し、ハロー電流のデータベースを構築した。最大のハロー電流(トロイダル方向の非対称性とハロー電流の初期プラズマ電流との比の積)は0.52で従来のITERのデータベースの最大値0.75に比べて充分低いことを確認した。この最大値は、ディスラプション直前のプラズマの蓄積エネルギーの増加に伴って減少する。これは、エネルギークエンチ時に発生する不純物によって周辺プラズマが冷却され、ハロー電流の流路の抵抗が増えるためと考えられる。このことから高蓄積エネルギーが想定される核融合炉では、ハロー電流が小さくなることが予想できる。また、ネオンをパフして温度を下げ、ハロー電流低減が可能なことを確認した。

Single-, double- and triple-electron capture cross sections for multicharged slow carbon ions in H,CH,CH,CH and CO molecules

伊藤 秋男*; 今西 信嗣*; 福沢 文男*; 濱本 成顕*; 塙 信一*; 田中 隆次*; 大平 俊行*; 斉藤 学*; 春山 洋一*; 白井 稔三

Journal of the Physical Society of Japan, 64(9), p.3255 - 3264, 1995/09

https://doi.org/10.1143/JPSJ.64.3255

H、CH、CH、CH及びCO分子とC(q=1-4)イオンとの衝突による1-、2-、3-電子捕獲断面積を衝突エネルギー(1-20)q keVの領域で測定した。本研究で測定された断面積は、殆んど衝突エネルギーに依存しない。しかし分子の電離エネルギーに強く依存すること、また構成原子数に1次に比例することが分かった。1電子捕獲断面積については、古典的障壁モデル、ポテンシャル交叉モデルに基づく理論値と比較した。