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秋江 拓志; 鍋島 邦彦; 内川 貞夫
JAERI-Conf 2005-009, 153 Pages, 2005/08
JAERI-Conf-2005-009.pdf:14.7MB
「低減速軽水炉研究会」は、原研が革新的水冷却炉として研究を進めている低減速軽水炉について、研究の効率的推進に資することを目的とし、所内関連部門の研究者と所外研究者とが情報交換を行う場として、平成10年3月の第1回会議以来毎年開催しているものである。第7回となる今回の研究会プログラムは、講演5件と総合討論により構成されている。本報告書は、各講演の論文と質疑応答集、及び総合討論の議事録を掲載するとともに、付録として各発表者が使用したプレゼンテーション資料を添付した。
吉田 啓之; 小瀬 裕男*; 呉田 昌俊*; 永吉 拓至*; 高瀬 和之; 秋本 肇
日本原子力学会和文論文誌, 4(2), p.106 - 114, 2005/06
原子炉の熱設計においては実験により得られた各種の構成式を含む解析コードが用いられるが、超高燃焼水冷却増殖炉などで用いられる高稠密炉心への構成式の適用性は十分には確認されていない。そこで、原子炉熱設計における"Design by Analysis"の確立を目指し、炉心内気液二相流の数値シミュレーション手法を開発している。この本手法開発では、炉心内の流体混合挙動等を詳細に解析可能な解析手法を開発している。本研究では、この一環として、稠密炉心内等の二相流を高精度に解析するため、高い体積保存性を有する界面追跡法の開発及び検証を実施している。本報では、大規模解析を現実的な時間で可能とするため、TPFITコードのベクトル化及び並列化を実施した。ベクトル並列化したTPFITコードを稠密炉心内二相流の解析に適用し、中性子ラジオグラフィにより観察されたボイド率分布と同様の結果が得られることを確認した。
吉田 啓之; 永吉 拓至*; 小瀬 裕男*; 高瀬 和之; 秋本 肇
日本原子力学会和文論文誌, 4(1), p.25 - 31, 2005/03
原研で開発している超高燃焼水冷却増殖炉では高稠密炉心が用いられるが、原子炉熱設計で使用される構成式の高稠密炉心への適用性は十分には確認されていない。そこで原子炉熱設計におけるDesign by Analysisの確立を目指し、炉心内二相流の数値シミュレーション技術を開発している。本研究では、この一環として、稠密炉心内二相流を高精度に解析するため、高い体積保存性を有する界面追跡法の開発及び検証を実施している。本報では、開発した界面追跡法を用いた二相流詳細解析コードTPFITの検証作業の一環として、傾斜平板上液膜流解析を実施し既存実験と比較した。その結果、液膜厚さの時間平均値は、Nusseltの理論値と一致し、液膜厚さの最大値及び統計量も実験とよく一致することを確認した。また液膜内速度分布も、解析は実験と定性的に一致しており、TPFITコードにより、液膜流を解析できる見通しが得られた。
呉田 昌俊
可視化情報学会誌, 24(Suppl.1), p.265 - 268, 2004/07
稠密バンドル流路内を流れる沸騰流のボイド率を、中性子トモグラフィ技術で3次元分布を計測、高速度撮像中性子ラジオグラフィ技術で瞬時値分布を計測し、同一流動条件を多角的に可視化観察することで特徴的な現象を抽出した。この2技術をセット("3D"+"2D+Time")で使用した本実験で、以下の点が新たにわかった:(A)時間平均空間分布から高ボイド率スポットが最上流部の狭間隙部で観察された。一方、瞬時値の時系列観察では、正味の沸騰開始点は統計的に広く分布しており、定常的な高ボイド率スポットは認識できなかった。(B)時間平均空間分布から"Vapor Chimney"現象が観察された。この現象を、瞬時値の動画表示で連続性に注視して観察すると、三角形状の流路部に連続した蒸気通路が形成されているとは限らず、広い条件範囲で蒸気泡・スラグが群を成して間欠的に流れていることがわかった。
呉田 昌俊; 玉井 秀定
Proceedings of 5th International Conference on Multiphase Flow (ICMF 2004) (CD-ROM), 10 Pages, 2004/06
低減速軽水炉炉心内のボイド率分布特性を調べるため、中性子ラジオグラフィ3次元計測技術(中性子トモグラフィ)を用いて、稠密7本バンドル試験体内を流れる沸騰流の詳細な3次元ボイド率分布を計測した。本試験体は、低減速軽水炉を模擬したもので発熱棒径が12mm、棒間ギャップが1mmである。本報では、中性子トモグラフィシステム,実験結果及び、サブチャンネル解析コードであるCOBRA-TFと実験値の比較結果に関して述べる。実験は、研究用原子炉JRR-3炉室内で実施し、新開発の中性子トモグラフィアルゴリズムにより空間解像度が0.1-0.2mm/pixelと高精細でボイド率の空間分布データを測定している。本実験結果から、液膜が狭い領域に集まりやすいこと,蒸気が流路中央部に集まりやすいことなどがわかった。また、COBRAコードはボイド率を高めに計算する傾向があることがわかった。
呉田 昌俊; 星 芳幸; 山田 和幸*; 坂本 清隆*
日経サイエンス, 111 Pages, 2004/01
独自に開発した中性子ラジオグラフィ熱流動計測技術を用いて、燃料棒間ギャップが1mmの低減速軽水炉を模擬した金属製試験体内を流れる沸騰流を計測し、可視化した。本技術の開発により、これまで観察が不可能であった条件でのわずかな水や蒸気の分布と変化を0.1mmの空間分解能,1/1000秒の時間分解能で測定できるようになった。可視化手法として、物質を3次元空間で分類し、例えば「流路内の蒸気割合だけを表示」するMASK処理と呼ぶ3D可視化手法を開発した。また、液塊(水)のダイナミックな流動状況を把握するため、大量の時系列データを高速処理して3次元の動画表示を行った。本開発により、狭い領域に水が留まり易く、水は塊となって中心に近い程高速に流れること等が明らかとなった。(本件は、日経サイエンス主催のビジュアル・サイエンス・フェスタ2003のコンピューター・ビジュアリゼーション・コンテストにおいて入賞し、ポスター発表及び雑誌に掲載されることとなった。)(応募作品は動画である。)
大久保 努; 岩村 公道; 竹田 練三*; 守屋 公三明*; 山内 豊明*; 有冨 正憲*
日本機械学会2003年度年次大会講演論文集, Vol.3, p.245 - 246, 2003/08
これまで培われてきた軽水炉技術をベースとしつつ、プルトニウムの多重リサイクルが可能な低減速軽水炉を対象とした300MWe級の小型炉の設計検討を実施した。炉心に関しては、1.0を超える転換比と負のボイド反応度係数を達成するとともに、燃焼度65GWd/tでサイクル長25ヶ月の自然循環冷却可能な炉心の設計を達成した。システムに関しては、小型炉におけるスケール・デメリットの克服のために、受動的安全機器等の導入も実施して、システムの単純化・簡素化を図り、本炉の初号機ベースでは、単位出力当たりの建設単価において、ABWRと比較してスケール・デメリットを1.35倍程度まで抑制できる見通しを得た。さらに、小型炉において期待できる量産効果や複数基発注効果等を考慮すると、ABWRと同程度以下の建設単価を達成できる見込みである。
呉田 昌俊
噴流工学, 20(2), p.24 - 31, 2003/07
中性子ラジオグラフィ技術とコンピュータ断層撮影技術(CT)、そして二相流計測法を融合して原研が独自に開発した中性子トモグラフィ熱流動計測技術に関して解説した。本技術は、低減速軽水炉の燃料集合体内の蒸気割合を3次元で計測し、詳細熱流動解析コードの検証用データを整備することを目的として開発した技術である。本技術は、中性子線が水の中で減衰しやすい特性に着目した技術で、中性子ラジオグラフィ技術をベースとすることで、金属製の複雑な流路内の水の空間分布を流れを乱すことなく高精度(空間分解能が0.1mm)で計測できる。本稿では、原研が開発した中性子トモグラフィシステム,中性子ラジオグラフィ像を用いて2種類の断面再構成計算法を比較した結果、そして稠密バンドル流路内を流れる空気/水二相流と沸騰流の気相割合を計測した例を記した。
呉田 昌俊
原子力eye, 49(4), p.34 - 37, 2003/04
研究用原子炉の中性子線を用いて、これまで見ることができなかった金属容器内を流れる沸騰流の挙動を1/1000秒ごとに測定・観察する技術を開発した。本誌では、開発の背景,技術の概要,測定・観察例,今後の展開と応用例を紹介する。本技術は、水冷却増殖炉の炉心体系でボイド率を測定し、観察するために開発を進めているもので、中性子線で沸騰流の変化を測定できるところに最大の特徴がある。開発した技術は、高速度撮影による中性子ラジオグラフィ熱流動計測技術であり、中性子源として研究用原子炉JRR-3Mを用いている。本誌では、蒸気泡の発達過程を1/1125秒ごとに捉えた結果や、低減速軽水炉の炉心を模擬した試験体の中の冷却水の挙動を調べた結果を紹介する。
嶋田 昭一郎*; 久語 輝彦; 大久保 努; 岩村 公道
JAERI-Research 2003-003, 72 Pages, 2003/03
JAERI-Research-2003-003.pdf:3.82MB
PWR型低減速スペクトル炉心設計研究の一環として、軽水冷却のシード・ブランケット燃料集合体採用炉心の検討を行った。最適化検討の結果、シード13層・ブランケット5層の集合体を採用し、この集合体を163体配列した炉心についてMVP-BURNによる計算を行い、次の炉心性能が得られた。3バッチ取替え方式で、各サイクルの運転期間15ヶ月とすると、取り出し燃料燃焼度は集合体平均(内部ブランケットを含む)約25GWd/tである。転換比は約1.0で、ボイド反応度係数はBOCで約-26.1pcm/%void,EOCで-21.7pcm/%voidである。Pu中に約10%のMAを混入させると、同じ燃焼度を得るためには転換比が約0.05減小する。ボイド反応度係数は大幅に増加するので、対策が必要である。また、全Pu重量の約2%のFPが同伴すると、反応度が約0.5%
k/kだけ減少し、ボイド反応度係数は多少正側に移行するが、いずれも設計余裕の範囲である。プルトニウムマルチリサイクルの検討として、サイクル末期に取り出された燃料を再処理して得られるプルトニウムをリサイクルする計算を第4サイクルまで行った。MA,FPのリサイクルは考慮していない。Pu富化度15.5wt%でマルチサイクルが可能である。
大久保 努; 岩村 公道; 竹田 練三*; 山内 豊明*; 岡田 祐之*
Proceedings of International Conference on Global Environment and Advanced Nuclear Power Plants (GENES4/ANP 2003) (CD-ROM), 8 Pages, 2003/00
軽水炉技術をベースとして、プルトニウムの多重リサイクルによる燃料の有効利用を目的として、低減速軽水炉の研究開発が進められている。この原子炉は、持続的なプルトニウム・リサイクルの観点から、MOX燃料を使用して1.0を超える転換比の達成が可能である。特に、プルトニウム多重の観点から、現行のピューレックス再処理法よりも低い除染係数を持つ先進的再処理法に関して、プルトニウム多重リサイクル時の炉心特性を検討し、1.0を超える転換比と負のボイド反応度係数の達成が可能であること等を示した。
岩村 公道
no journal, ,
1以上の高転換比と負のボイド反応度係数を有するMOX燃料を用いた低減速軽水炉(RMWR)の概念設計を実施した。低減速軽水炉は既存軽水炉技術に立脚しつつ、ウラン資源の有効利用、高燃焼度・長期サイクル運転、プルトニウムの多重リサイクル等の特長を有する。したがって、低減速軽水炉は高速増殖炉(FBR)の代替炉として有効である。
