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山野 秀将; 高井 俊秀; 江村 優軌; 福山 博之*; 西 剛史*; 守田 幸路*; 中村 勤也*; Pellegrini, M.*
日本機械学会2023年度年次大会講演論文集(インターネット), 5 Pages, 2023/09
ナトリウム冷却高速炉の炉心損傷事故評価において制御棒材の炭化ホウ素とステンレス鋼の共晶溶融反応及び移動挙動を模擬できるようにするため、共晶溶融物の熱物性評価、共晶溶融反応・再配置実験、共晶反応メカニズム検討、及び共晶溶融反応に関する物理モデル開発及び実機適用解析を実施する研究プロジェクトを進めている。ここでは、プロジェクト全体概要及び令和4年度までの進捗概要について報告する。
深井 尋史*; 古谷 正裕*; 山野 秀将
Nuclear Engineering and Technology, 55(3), p.902 - 907, 2023/03
被引用回数：1 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)本論文は、炭化ホウ素(B
C)とステンレス鋼(SS)の共晶溶融・固化反応に関する反応生成物及びその分布を扱う。BC-SS共晶反応への炭素の存在の影響を調べるため、ホウ化鉄(FeB)とSSの反応を比較して、多変量スペクトル解析を用いたラマン分光分析を実施した。走査電子顕微鏡とエネルギー分散型X線分析も実施し、Cr, Ni, Feのような純金属の要素情報を調べた。BC-SS試料では、界面層に非結晶カーボンやFeB, Fe
Bが見られた。それに対して、FeB-SS試料では、界面にはそのような界面層が見られなかった。
江村 優軌; 神山 健司; 山野 秀将
第26回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集(インターネット), 4 Pages, 2022/07
制御材である炭化ホウ素(BC)はステンレス鋼との共晶反応により、双方の融点よりも低い温度で液相化する。そのため、ナトリウム冷却高速炉の炉心崩壊事故時において、制御材の喪失や当該反応生成物の炉心領域内外への移行が炉心反応度に影響を及ぼす可能性がある。本研究では、超高温域における反応挙動を把握することを目的として、BCペレットを溶融したステンレス鋼中に浸漬させる試験を行い、ペレットの減肉量に基づいた反応速度を検討した。
斎藤 滋; Wan, T.*; 大久保 成彰; 北 智士*; 大林 寛生; 佐々 敏信
JAEA-Technology 2021-034, 94 Pages, 2022/03
JAEA-Technology-2021-034.pdf:5.91MB
長寿命放射性廃棄物の核変換を実現するため、日本原子力研究開発機構(JAEA)が研究を進めている加速器駆動システム(ADS; Accelerator Driven System)では、核破砕ターゲット及び未臨界炉心冷却材として鉛ビスマス共晶合金(LBE; Lead-Bismuth Eutectic alloy)を採用している。ADSとともに、将来のADSの開発に向けて材料照射データベースを構築するためJ-PARCで検討を進めている陽子照射施設を実現するためには、LBEを安全に利用するために解決すべき課題が多い。特に、T91(改良9Cr-1Mo鋼)やSUS316LなどのADSの主要な鋼材に対して、400-550
Cの温度範囲におけるLBE流動下の腐食データは、ADSや陽子照射施設の設計に不可欠である。その際、鋼材の腐食抑制に大きく影響するLBE中酸素濃度も腐食データベースの重要なパラメータとなる。そこで、JAEAはLBEと鋼材の共存性試験並びにLBE取扱いに関連した技術開発を目的として、"OLLOCHI(Oxygen-controlled LBE LOop for Corrosion tests in HIgh-temperature)"と名付けた大型の腐食試験ループを新たに製作した。OLLOCHIはLBE中酸素濃度を自動調整する機能を有し、高温部及び低温部の最高使用温度はそれぞれ550C、450Cであり、ADSの設計値を包含するように設定している。2,000時間以上に及ぶループの特性試験の結果、設計通りの性能を発揮することが確認された。本報告書ではOLLOCHIの概要と各機器の詳細、特性試験結果ならびに今後の試験計画について述べる。
有吉 玄; 大林 寛生; 斎藤 滋; 佐々 敏信
Proceedings of 19th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-19) (Internet), 10 Pages, 2022/03
液体重金属を核破砕ターゲットおよび冷却材として利用する核変換施設の建設には、液体重金属の流動特性を事前に明らかにしておくことが重要となる。鉛ビスマス共晶合金(LBE)は、加速器駆動システムや高速炉等の革新的原子力システムにおける核破砕ターゲットや冷却材の候補材料とされており、J-PARCではLBEを利用した核破砕ターゲットシステムの構築に向けた技術開発を推進している。通常、LBEの流動特性は汎用数値流体力学(CFD)コードを用いて予測・把握されるが、このようにCFDコードが多用される一つの要因は、高温液体重金属流れに対する計測手法の確立が不十分なことである。そこで原子力機構では、小型電磁石を使用した局所流速計を開発した。開発した流速計は480CのLBEへ適用され、誘導起電力と流速の良好な相関が得られることが実証された。
斎藤 滋; Wan, T.*; 大久保 成彰; 大林 寛生; 渡辺 奈央; 大平 直也*; 木下 秀孝; 八巻 賢一*; 北 智士*; 吉元 秀光*; et al.
JPS Conference Proceedings (Internet), 33, p.011041_1 - 011041_6, 2021/03
原子力機構(JAEA)では、鉛ビスマス共晶合金(LBE)を核破砕中性子発生のターゲット並びに炉心冷却材として使用する、核変換用の加速器駆動システム(ADS)の研究をしている。中性子は、1.5GeVの陽子ビーム入射による核破砕反応によって生成される。ADS開発に重要な材料照射データを取得するため、J-PARCにLBE中性子生成ターゲットを備えた照射施設の建設を提案している。LBEターゲット実用化のためには多くの技術的な課題があり、JAEAでは様々な研究開発を行っている。腐食研究に関しては、OLLOCHIの調整運転と機能試験が開始された。LBE使用する上で重要な技術である酸素濃度制御技術の開発も行っている。大型LBEループ実験では、IMMORTALを使用して、定常および過渡状態の試験を行った。機器の分野では、LBEループシステムの重要な技術として、超音波流量計とフリーズシールバルブの開発を進めている。照射施設の設計に重要なLBE中の不純物挙動の研究も開始した。本論文では、JAEAにおけるLBE関連研究の現状と研究計画について報告する。
大平 直也*; 斎藤 滋
Heliyon (Internet), 6(2), p.e03429_1 - e03429_8, 2020/02
被引用回数：4 パーセンタイル：39.14(Multidisciplinary Sciences)鉛ビスマス共晶合金(LBE)は高速炉や加速器駆動炉(ADS)の冷却材の候補である。フリーズシールバルブはこれらのシステムに受動的安全性を付加する機器と考えられている。一方、LBEは固化後に膨張する材料として知られており、LBE膨張により配管内に生じる応力を定量的に評価することが必要である。多くの研究者がこの膨張に関するデータを報告しているが、LBE膨張による歪みの評価はほとんど無い。そこでステンレス容器を用いたひずみ測定と応力評価、並びに光学顕微鏡による組織観察を行った。その結果、室温以上の温度で保持することが配管の歪みを大きく低減する有効な方法であることが示された。
CLiu, X.*; 守田 幸路*; 山野 秀将
Proceedings of International Nuclear Fuel Cycle Conference / Light Water Reactor Fuel Performance Conference (Global/Top Fuel 2019) (USB Flash Drive), p.47 - 51, 2019/09
ナトリウム冷却高速炉の炉心損傷事故評価において、原子炉臨界は共晶反応後の反応度変化による影響を受けるため、共晶溶融反応の研究が重要となる。本研究は、高速炉安全評価コードSIMMER-III及びBCを溶融ステンレス鋼(SS)プールに浸漬させる新しい実験を元に開発されたモデルを使った、検証解析の第一段階である。実験による模擬結果から、共晶材料再配置の全体挙動が明らかとなった。共晶反応では固体BC及び液体SSを消費し、その後、溶融SSが高温であることから反応の早い段階で液体共晶組成が生成された。溶融プール内で共晶材が動くことで、ホウ素が再分布した。プール内のホウ素濃度は、溶融SSが固体になった後に計測した。模擬結果は、ホウ素が溶融プール上部で堆積する傾向にあることを示しているが、これはプール内でより軽いホウ素に働く浮力によるものである。本研究では、共晶反応挙動の温度感度を調べるためBCペレット及びSSの初期温度を変えて、パラメータ研究も行っている。
倉田 正輝; Barrachin, M.*; Haste, T.*; Steinbrueck, M.*
Journal of Nuclear Materials, 500, p.119 - 140, 2018/03
被引用回数：29 パーセンタイル：66.35(Materials Science, Multidisciplinary)福島第一原子力発電所(1F)事故により、燃料破損現象の再評価の重要性が指摘された。本論文では、BWR燃料集合体レベルでのマクロな視点から、メゾスケールの要素反応に関する視点までの現象論にフォーカスして、燃料破損に関する知見のアップデートについて、レビューする。BC制御棒の酸化は、BWRの事故においては、原理的により多くの水素と熱の発生原因となる。BC制御棒を用いた各種の総合型試験では、1250Cあたりで(燃料の急速な破損温度よりはるかに低い温度で)、制御棒の早期破損と溶融、さらに下方への移動と酸化が開始されることを示している。これらの制御棒破損は、原理的に、炉心溶融の初期過程に大きく影響する。水蒸気枯渇条件(1F事故で発生した可能性が指摘されている)は、燃料破損進展の傾向に大きく影響し、従来想定されていた典型的な事故進展と異なる化学的な傾向に燃料を溶融させる可能性が高い。要素反応の現象論の詳細とそれらの現象の炉心溶融後期過程への影響についても議論する。
菊地 賢司; 手塚 正雄*; 斎藤 滋; 大井川 宏之; 武田 靖*
Proceedings of 4th International Symposium on Ultrasonic Doppler Method for Fluid Mechanics and Fluid Engineering (ISUD-4), p.107 - 110, 2004/09
ADS概念の核破砕ターゲット及び冷却材である鉛ビスマス流速を超音波ドップラーで測定するために超音波の透過性を検証した。鋼をLBE中に浸すと、LBEは自由液面近傍のガス,液体、固体共存部を除けば鋼に接触する。この接触部を通じて超音波は鋼を介してLBEに伝達されると期待される。しかし、超音波のエコーはあまりに低く、測定できなかった。測定が成功したのは、鋼とLBE界面にあるコーテングを施した場合のみであった。LBE浸食試験の結果、鋼表面層には10から20
mのLBEが付着して残存したことがわかった。これは、本コーテングの結果、LBE中での鋼の濡れ性が確保されたことを示す証拠である。その結果、超音波技術が適用可能になることを明らかにした。
-ZrO pseudo-binary phase diagramAlbiol, T.*; 芹澤 弘幸; 荒井 康夫
Journal of Nuclear Science and Technology, 39(Suppl.3), p.834 - 837, 2002/11
ZrOリッチ領域のPuO-ZrO擬二元系状態図を、高温X線回折測定と自由エネルギー極小化法に基づく平衡計算により作成した。高温X線回折測定は空気雰囲気中で最高1573Kまで行い、1463K,PuO濃度2.3-3.1mol%付近に従来報告されていなかった共晶線があることを見い出した。Chem Sageコードを使用した平衡計算は最高3000Kまで行い、実験データを良く再現できた。得られた結果はこれまで報告されている状態図に修正が必要であることを示すものである。
日高 昭秀; 中村 武彦; 工藤 保; 上塚 寛
JAERI-Research 2001-055, 48 Pages, 2001/12
JAERI-Research-2001-055.pdf:3.9MB
シビアアクシデント条件下における燃料からの放射性物質放出を調べるVEGA計画の第1回目実験であるVEGA-1を1999年9月に行った。試験燃料は、燃焼度47GWd/tUのPWR燃料ペレット2個(被覆管無し)であり、大気圧,He雰囲気条件で2773Kまで昇温した。Csは1650K以上で放出し始め、最終的な放出割合は約85%に達した。Ruの最終的な放出割合は4.7%,CeとEuのそれはゼロであった。実験後に行った研究燃料に対するミクロ組織観察では、FPガス放出に伴って生じたと考えられる直径数mの気泡が多数観測された。Cs放出に関して既存の放出モデルを用いて評価した結果、燃料と被覆管の共晶反応が生じる高温域で計算は実験より過大となった。Cs放出データをUO結晶粒内の拡散係数で整理すると、アレニウス型にほぼ従うことから、Cs放出は粒内拡散が律速であったと考えられる。
/Np couple in LiCl-KCl eutectic melts白井 理; 飯塚 政利*; 岩井 孝; 荒井 康夫
Journal of Applied Electrochemistry, 31(9), p.1055 - 1060, 2001/09
被引用回数：22 パーセンタイル：47.09(Electrochemistry)723~823KのLiCL-KCl共晶塩中でのNp/Npの酸化還元対の電気化学挙動を起電力測定、サイクリックボルタンメトリー及びクロノポテンショメトリーにより調べた。Ag/AgCl参照電極(1wt%AgCl-LiCl-KCl)に対するNp/Npの標準酸化還元電位(E
)は次式で表されることがわかった。E=-2.0298+0.0000706
T(V)。また、LiCL-KCl中でのNpの拡散係数(D
)は、D=2.2210
+6.8810
T+5.6010
T
(cm・s
)であった。サイクリックボルタモグラムにはNpのバルクの析出・溶解だけでなく、アンダーポテンシャルデポジションによるNpの吸脱着波が観察された。このピーク電位の解析からNpの仕事関数は3.04eVと予測できた。
白井 理; 飯塚 政利*; 岩井 孝; 鈴木 康文; 荒井 康夫
Journal of Nuclear Science and Technology, 37(8), p.676 - 681, 2000/08
窒化物燃料サイクルへの乾式法の適用を念頭においてNpCl
を含むLiCl-KCl系でのNpNの電解挙動を検討した。サイクリックボルタモグラムの解析よりNpNの溶解反応は非可逆で遅いことが判明した。ただし、NpNがNpとして溶解し始める電位は理論的に導出された値に近かった。さらに、低電位及び低電流印加によるNpNの電解実験を行い、約0.5gのNp金属を回収することができた。電析物は塩と金属の混合体であるので、800
に加熱し1時間保持することにより、塩と金属を分離した。
白井 理; 岩井 孝; 塩沢 憲一; 鈴木 康文; 坂村 義治*; 井上 正*
Journal of Nuclear Materials, 277(2-3), p.226 - 230, 2000/02
被引用回数：24 パーセンタイル：80.77(Materials Science, Multidisciplinary)プルトニウム窒化物(PuN)のLiCl-KCl共晶塩系での溶解挙動をボルタモグラム測定等により検討した。理論的に導出したPuNの溶解電位(-0.865V)と実験値はほぼ一致した。陽極にはタングステンかご状電極を用い、その中にPuNを入れ、陰極にはモリブデン線を使用して、約0.54wt%のPuClを含む塩中でPuの電解回収実験を行った。陰極電位を固定した定電位電解と陰極・陽極間の電流を一定とした定電流電解を行い、グラムオーダーのPu金属を回収することに成功した。電解時の各電極の電位をモニターすることにより、陽極ではPuNが溶解してプルトニウムイオン(Pu)になり、陰極ではPuがPuに還元されて析出することを確認した。電析物は
-Puを含むことをX線回折法により確かめたが、塩を多量にまき込んでいるため、Pu金属の単離は困難であった。
飯塚 政利*; 魚住 浩一*; 井上 正*; 岩井 孝; 白井 理; 荒井 康夫
Proceedings of 6th International Exchange Meeting on Actinide and Fission Product Partitioning and Transmutation (CD-ROM), p.327 - 341, 2000/00
プルトニウムの挙動に関する電気化学的条件の影響及び乾式再処理における最適な条件を液体カドミウム電極を用いて調べた。液体カドミウム電極でのプルトニウム回収に対応する陰極電流密度は溶融塩中のプルトニウムイオンの拡散に律速され、その電流密度はプルトニウムイオン濃度に比例した。金属間化合物であるPuCd
を過剰に生成する条件で電解した場合は、液体カドミウム電極の底に沈積していた。この挙動はアメリシウム共存系でも局所平衡モデルで説明できた。実験結果は、実験の装置及びプロセスにおいて、プルトニウム回収速度が十分に速いことを示した。
坂村 義治*; 井上 正*; 白井 理; 岩井 孝; 荒井 康夫; 鈴木 康文
Proc. of the Int. Conf. on Future Nuclear Systems (GLOBAL'99)(CD-ROM), 8 Pages, 1999/00
金属及び窒化物燃料用に開発されている高温化学再処理に関する研究の一環として、LiCl-KCl/液体金属系での超ウラン元素の挙動を調べた。ここではLiCl-KCl/液体Bi系でのNpの挙動に関する実験と、LiCl-KCl/液体Cd系でのPu及びAmの挙動に関する実験を行った。前者の実験では、液体Bi中へのNpの固溶度と過剰部分モル自由エネルギーを求めた。後者の実験では、液体Cd中でのPuの活量係数及びPuとAmの分配係数を評価したほか、溶融塩中においてAmが還元条件下ではII価で存在することを示した。さらにNp/Np(III)及びPu/Pu(III)の標準電極電位を決定したほか、得られた実験結果を用いて、LiCl-KCl/液体金属系中でのアクチノイドとランタノイドのふるまいについて、熱力学的側面から議論した。
嘉悦 勲; 伊藤 彰彦; 相根 典男*
J.Appl.Polym.Sci., 17(9), p.2743 - 2752, 1973/09
被引用回数：3二成分混合系放射線固相重合の応用研究としてアクリル系単量体と非重合性固体との二成分混合系の共晶を放射線固相重合せしめ、これを後加熱して発泡体を生成させる研究を行った。その結果アクリルアミドとイタコン酸・マロン酸・尿素等との二成分混合系を照射して重合せしめたのち160~200Cに加熱することによりポリアクリルアミド発泡体が生成する事実を見出した。さらに、系に水を加えた場合、たとえばアクリルアミド-イタコン酸-水、アクリルアミド-無水マレイン酸-尿素-水等の液相系を照射して放射線重合せしめたのち同様に加熱することにより、発泡倍率は増大し良好な発泡体が生成する事実を認めた。また、アクリル酸-尿素-水(液相系)を放射線重合せしめたのち加熱することによってもポリアクリル酸発泡体も得られた。発泡機構は非重合性成分を緊密一体に包含した重合体が加熱により軟化点以上に熱せられ、同時に非重合性成分がポリマーの軟化点に近い温度領域で分解して気体を発生し、重合体を膨張せしめるものと推定した。
C-SS共晶物の固相物性測定高井 俊秀; 古川 智弘; 山野 秀将
no journal, ,
第4世代ナトリウム冷却高速炉の炉心損傷事故(CDA)における制御棒材(炭化ホウ素 :BC)と原子炉構造材(ステンレス鋼:SS)の共晶反応挙動を模擬するのに必要な熱物性モデル構築のため、BC-SS共晶物の固相物性評価を行った結果について報告する。
前川 藤夫; 松田 洋樹; 明午 伸一郎; 佐々 敏信; 宮原 信哉*; 有田 裕二*; 大平 直也*
no journal, ,
加速器駆動核変換システム(ADS)の標的兼冷却材である鉛ビスマス共晶合金(LBE)中の核破砕生成物の物理化学形態評価のため、J-PARCのADSターゲット試験施設(TEF-T)のLBEループについて、PHITSコードにより核破砕生成物量を評価した。
