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斎藤 滋; 山口 和司*; 吉元 秀光*; 大林 寛生; 佐々 敏信
JAEA-Technology 2022-032, 51 Pages, 2023/03
JAEA-Technology-2022-032.pdf:4.51MB
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。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では陽子照射施設の検討を進めている。陽子照射施設にはLBEループが設置され、核破砕環境かつ流動LBE中での材料照射試験が可能である。陽子照射施設において、LBEを安全に利用するためにいくつか解決すべき課題の一つとして、運転停止後にループ内のLBEをドレンタンクに導くためのドレンバルブがスラグ等を噛み込むことによって発生するスローリークがある。この問題を解決するため、JAEAでは液体金属系統の一部を融点以下に冷却することで配管中のLBEを固化して閉止する、フリーズシールバルブ(FSV)採用を検討した。まず、水冷式及び空冷式のFSV試験体を製作し、既設の鉛ビスマス要素技術開発装置の試験部に取り付け、動作・性能確認試験を行った。試験の結果、水冷式FSVは設計通りの性能を発揮することが確認された。本報告書では鉛ビスマス要素技術開発装置ならびに各FSV試験体の概要と各部の詳細、動作・性能確認試験結果について述べる。
武井 早憲; 古川 和朗*; 矢野 喜治*; 小川 雄二郎*
Journal of Nuclear Science and Technology, 55(9), p.996 - 1008, 2018/09
被引用回数：2 パーセンタイル：20.93(Nuclear Science & Technology)加速器駆動核変換システム(ADS)では、ビームトリップ事象が少ない、信頼性の高い加速器を開発しなければならないが、ビームトリップ事象がどの位の間隔で生じているか統一した手法で評価されていない。本研究では、統一した評価手法を得ることを目的として、高エネルギー加速器研究機構入射用加速器のクライストロン系の運転データを用いてクライストロン系が偶発的にトリップする平均時間間隔(MTBI)を信頼性工学に基づく手法で評価し、従来の結果と比較した。従来、クライストロン系のMTBIを評価する手法は少なくとも3種類あり、評価したMTBIは30.9時間, 32.0時間、そして50.4時間となった。一方、本研究では信頼性工学では一般的なノンパラメトリックな評価手法を用いてMTBIを評価したところ、57.3時間となり、従来の評価値と比較して1.14倍以上も長い時間となった。今後、本研究で述べた信頼性工学に基づく手法でビームトリップの平均時間間隔を評価することが望ましい。
大内 伸夫; 赤岡 伸雄*; 浅野 博之*; 千代 悦司; 滑川 裕矢*; 鈴木 浩幸*; 植野 智晶*; 野口 修一*; 加古 永治*; 大内 徳人*; et al.
Proceedings of 4th International Workshop on the Utilisation and Reliability of High Power Proton Accelerators, p.175 - 183, 2005/11
加速器駆動核変換システム(ADS)ではエネルギー約1GeV,ビームパワー20-30MWの大強度陽子加速器が要求される。原研,KEK,三菱重工業,三菱電機は共同でADS用超伝導陽子リニアックの開発を2002年から実施している。本技術開発では、J-PARC計画用超伝導陽子リニアックの設計をベースに、972MHzクライオモジュールの開発並びに超伝導陽子リニアックのシステム設計を行っている。クライオモジュールの開発においては、最大表面電界30MV/mの達成を目標としてクライオモジュールの試作,試験を実施している。空洞単体試験においては、2台の空洞について最大表面電界32, 34MV/mを達成した。2004年にはクライオモジュールの本格的な試験を実施し、最終目標値の達成を目指す。超伝導陽子リニアックのシステム設計では、エネルギー100
1500MeV領域のビーム軌道解析を実施した。その結果、超伝導リニアックの構成は、10種類の超伝導空洞,クライオモジュール総数106台,全長565mとなった。低エネルギー部では高エネルギー部と比較して加速効率がかなり低下していることが判明した。
武井 早憲
no journal, ,
現存する大出力陽子加速器では頻繁にビームトリップ事象が発生するため、加速器駆動核変換システム(ADS)の未臨界炉を構成する機器に対して熱疲労損傷を生じる可能性がある。すでに、この影響を熱過渡解析に基づき評価し、ビームトリップ時間毎に許容されるビームトリップ頻度を求め、既存の加速器(米国LANSCE及び高エネルギー加速器研究機構(KEK)電子・陽電子線形加速器)の運転データよりADS用加速器のビームトリップ頻度を推定した。その結果、ビームトリップ時間が10秒を超えるビームトリップ頻度は許容値を635倍上回っていた。本研究では、新たにJ-PARCリニアックの運転データを解析し、各機器でビームトリップ事象が発生する確率密度関数を推定した。そして得られた確率密度関数に従い、モンテカルロ法で各機器の稼働状態を決定し、ADS用加速器のビームトリップ頻度を推定した。その結果、ビームトリップ時間が10秒を超えるビームトリップ頻度は既報の値よりも小さくなったが、まだ許容値を310倍上回っていることがわかった。さらに、ビームトリップ頻度を低減させ、許容値を満たすために、加速管のビームトリップ頻度の目標値を試算したので報告する。
森田 泰治
no journal, ,
原子力基礎工学研究センターで進められている加速駆動未臨界炉による階層型核変換システム、高レベル廃液よりマイナーアクチノイド(MA)等を分離する群分離プロセス、MA含有燃料製造、照射済みMA燃料処理の技術開発の現状を紹介する。
武井 早憲
no journal, ,
現存する大出力陽子加速器では頻繁にビームトリップ事象が発生するため、加速器駆動核変換システム(ADS)の未臨界炉を構成する機器に対して熱疲労損傷を生じる可能性がある。すでに、この影響を熱過渡解析に基づき評価し、ビームトリップ時間毎に許容されるビームトリップ頻度を求め、既存の加速器(米国LANSCE及びKEK電子・陽電子線形加速器)の運転データよりADS用加速器のビームトリップ頻度を推定した。両者を比較した結果、ビームトリップ時間が10秒以下のビームトリップ頻度は許容ビームトリップ頻度以下となったが、トリップ時間が10秒を超えるビームトリップ頻度は許容値を635倍上回っていた。本研究では、新たにJ-PARCリニアックの運転データを解析し、モンテカルロ法を用いてADS用加速器のビームトリップ頻度を推定した。その結果、ビームトリップ時間が10秒以下のビームトリップ頻度は既報と同様に許容値以下となった。一方、ビームトリップ時間が10秒を超えるビームトリップ頻度は既報の値よりも小さくなったが、まだ許容値を310倍上回っていることがわかった。
岩元 大樹; 西原 健司; 方野 量太*; 藤本 敦士*
no journal, ,
核変換物理実験施設(TEF-P)においてマイナーアクチノイド(MA)燃料を用いた炉物理実験を想定して、加速器駆動核変換システム(ADS)の炉物理パラメータの核データに起因する不確かさの低減効果を、炉定数調整法に基づいて評価した。実験には、臨界性、鉛ボイド反応度、MA反応率比、MAサンプル反応度、MA燃料置換反応度の5種類を想定した。一連の解析にはMARBLEを使用し、核データライブラリにはJENDL-4.0を用いた。解析の結果、ADS実機燃料を模擬したMA燃料を用いてTEF-Pで想定する実験をすべて実施することで、ADSの炉物理パラメータに対する不確かさを、臨界性に対して1.0%から0.4%程度に、冷却材ボイド反応度に対して9.4%から4.2%程度に低減できることがわかった。また、ADS臨界性の不確かさ低減に対しては燃料置換反応度が効果的であり、冷却材ボイド反応度の不確かさ低減に対しては鉛ボイド反応度実験が効果的であることがわかった。本研究で得られた知見をTEF-Pの炉物理実験計画に反映していくことで、ADSの炉物理パラメータの核データに起因する不確かさを効率的に低減することが可能である。
岩元 大樹; 西原 健司; 岩元 洋介; 橋本 慎太郎; 佐藤 達彦
no journal, ,
粒子輸送計算コードPHITSは、加速器駆動核変換システム(ADS)の核設計において重要な役割を果たしている。PHITSのバージョン2.52以降、PHITSの核反応モデル(核内カスケードモデルINC)の標準仕様がBertini INCからLi
ge INC version 4.6 (INCL4.6)に変更された。INCL4.6は、モンテカルロコードで使われる核反応モデルを検証する核破砕反応ベンチマークにおいて最も優れたモデルであることが示されているが、PHITSでは独自の脱励起モデル及び核反応断面積のパラメータを使用しているため、PHITSに組み込まれたINCL4.6についても検証が必要である。さらに、これまでのADSの核設計では旧モデルを用いて実施していたため、核反応モデルの変更は、従来のADSの概念設計の結果に大きな影響を及ぼす可能性がある。本研究では、PHITSの新旧標準仕様であるBertini INCとINCL4.6及びPHITSに組み込まれている核反応断面積系統式(Pearlstein-Niitaの式及びSatoの式)の相違によるADSの核特性値の影響を調査した。解析の結果、核反応モデルの差異はビーム電流に大きく影響し、モデル間で10%を超える差異が生じることがわかった。この差異はビーム窓の核特性値にも影響を与えることがわかった。さらに、これらの差異は、核破砕反応による放出中性子の差異に起因していることを明らかにした。
佐藤 匠; 西 剛史*; 白数 訓子; 倉田 正輝; 山下 雄一郎*
no journal, ,
日本原子力研究開発機構では、先進燃料の燃料設計やふるまいの予測、製造プロセス設計等に広範に使うことができる、汎用データベースの開発と公開、および外部とのリンクを進めている。その一環として、窒化物燃料の物性に関するデータの整備を行った。開発中のデータベースの概要と、収録する予定の窒化物燃料の物性データ等について報告する。
大久保 成彰; 斎藤 滋; 大林 寛生; 佐々 敏信
no journal, ,
加速器駆動核変換システム(ADS)において、ターゲット窓材は厳しい照射環境に晒される。流動鉛ビスマス(LBE)中照射による機械特性の劣化、機器のサイズ変化や材料表面の腐食浸食作用は、ADSシステム設計で許容できる範囲内に抑えなければならない。原子力機構で計画中の核変換実験施設(TEF-T)における材料照射実験により、近い将来、ADS初号機の実現が期待される。今回は、TEF-Tによる材料照射及び照射後試験計画とともに、TEF-TやADSに向けたLBE腐食試験ループや要素技術に関する研究開発活動の現状について報告する。また、TEF-T照射に先立ち照射条件のスクリーニング等のため実施している、トリプルイオン照射に関する最近の結果についても報告する。ビーム窓候補材のT91鋼のスウェリング挙動(温度依存性)を調べた結果、450
Cにスウェリングのピークがあることが分かった。
津幡 靖宏
no journal, ,
原科研NUCEFにおける最近の研究開発の活動を紹介する。NUCEF施設の研究設備の概要、放射性廃棄物の分離変換に関する研究(放射性廃液の群分離、ADS, ADSのための核変換サイクル)、さらに非破壊分析や化学分析等の活動について紹介する。
大久保 成彰; 近藤 啓悦; 喜多村 茜; 奥野 泰希
no journal, ,
加速器駆動未臨界システム(ADS)では、核破砕中性子源及び炉心冷却材として、鉛ビスマス液体金属を用いる。本研究では、ADSターゲットビーム窓材に対して、イオン照射後に浸漬試験を行い、液体金属中材料腐食に及ぼす照射の影響を評価した。450Cにて20dpaまで自己イオン照射したT91鋼を、450Cの鉛ビスマス中にて1000時間浸漬し、表面の腐食状態を断面SEM等により観察した。照射により、未照射部に比べて明確に腐食が抑制され、また、鉛ビスマス中への鉄の流出も観察された。以上のように、液体金属中で照射を受ける材料では、鉛ビスマス界面での物質移行過程が重要であることを示す結果が得られた。
大井川 宏之
no journal, ,
原子力機構では、高レベル放射性廃棄物の負担軽減を目的に、分離変換技術の研究開発を進めている。ネプツニウム, アメリシウムといったマイナーアクチノイドを効果的に変換するには、それらに高速中性子を照射して核分裂で直接的に変換することが望ましい。このため、原子力機構では、加速器駆動核変換システム(ADS)の開発を進めている。ADSは、未臨界炉と大強度加速器で駆動する核破砕中性子源を組み合わせたハイブリッドシステムである。
渡辺 奈央; 菅原 隆徳; 西原 健司
no journal, ,
加速器駆動核変換システム(ADS)の設計において、加速器と未臨界炉心の境界をなすビーム窓は重要な構造物の一つである。今回、原子力機構では、ビーム窓と周囲の鉛ビスマス(LBE)流動場の3次元体系を作成し、その熱流動・構造連成解析システムをANSYS Workbench上に構築した。本システムでは、モンテカルロ計算コードPHITSから得られた陽子ビーム照射による発熱分布を読み込み、冷却材であるLBEの定常熱流動解析をFluentで行った後、得られた温度・圧力分布からビーム窓の静的応力評価および固有値座屈評価を行う。3次元解析により非軸対称性を考慮できるようになったが、これに伴い低次の座屈モードではダクト部の半径方向に大きくひずんだ形状が示された。
渡辺 奈央; 菅原 隆徳; 大久保 成彰; 西原 健司
no journal, ,
加速器駆動型核変換システム(ADS)特有の構成要素であるビーム窓は、直径45cm厚さ最小2mmの薄い半球殻形状となっており、その製作方法および製作精度が開発課題となっている。そこで、T91鋼の切削加工によりその小型模型を製作した。製作品の三次元測定結果から、実機ビーム窓に対して推定される製作加工誤差は5%程度であり、許容範囲内であることが分かった。
中野 敬太; 明午 伸一郎; 竹下 隼人*; 松田 洋樹; 岩元 大樹; 前川 藤夫
no journal, ,
高レベル放射性廃棄物中に含まれるマイナーアクチノイドの処理法として加速器駆動核変換システム(ADS)の研究が進められている。ADSは中性子源標的及び冷却材として鉛ビスマス共晶合金を使用することから、残留放射能の推定や不純物挙動の解明に向けこれらの核種に対する放射化断面積が必要とされている。本研究では放射化法を用いることで、GeV領域の陽子に対するビスマスの放射化断面積を測定した。本発表では得られた断面積と最新の核反応モデルによる計算値の比較を示し、その再現性について議論する。
中野 敬太; 岩元 大樹; 明午 伸一郎; 西尾 勝久; 石 禎浩*; 廣瀬 健太郎; 岩元 洋介; 栗山 靖敏*; 前川 藤夫; 牧井 宏之; et al.
no journal, ,
加速器駆動核変換システム(ADS)の実現に向け、京都大学のFFAG加速器を用いたADS用核データの実験的研究プログラムが進行中である。本プログラムの一環として、ADSにおいて重要となるFe, Pb, Bi標的に対する数十から100MeVの陽子入射反応による生成中性子のエネルギースペクトルを測定する。発表ではこれまでに実施したFe標的に対する実験とその結果について報告する。
中野 敬太
no journal, ,
加速器駆動核変換システム(ADS)が高レベル放射性廃棄物処理法の一つとして注目されている。このADSの設計で重要となるBiとPbに対する陽子入射反応における同位体生成断面積の測定を提案する。
渡部 創; 佐々 敏信; 大和田 仁*; 斉藤 拓巳*; 石尾 貴宏*; 村上 毅*; 島田 隆*
no journal, ,
「放射性廃棄物の処理・処分と分離・変換技術」研究専門委員会では技術-特性マトリクスを用いた核燃料サイクル間の相対評価を実施している。本発表では先進的核燃料サイクルの総合的な性能評価の一部として実施している「高速炉サイクル」を対象とした評価結果について述べる。
中野 敬太; 岩元 大樹; 明午 伸一郎; 西尾 勝久; 石 禎浩*; 廣瀬 健太郎; 岩元 洋介; 栗山 靖敏*; 前川 藤夫; 牧井 宏之; et al.
no journal, ,
加速器駆動核変換システム(ADS)の実現に向け、京都大学FFAG加速器を用いたADS用核データの測定を実施している。本発表では、ADSにおいて最重要核種である鉛及びビスマスに対する107MeV陽子入射反応による生成中性子のエネルギースペクトル測定の概要とその結果について報告する。
岩元 大樹; 明午 伸一郎; 西尾 勝久; 石 禎浩*; 廣瀬 健太郎; 岩元 洋介; 栗山 靖敏*; 牧井 宏之; 前川 藤夫; 森 義治*; et al.
no journal, ,
加速器駆動核変換システム(ADS)の研究開発や基礎研究に資する核データを取得するため、令和元年度から令和4年度にかけて、ADS標的材に対する100MeV領域陽子入射反応に関する核データ測定実験プログラムを実施した。本プログラムでは、京都大学FFAG加速器を用いて、
Fe、Pbおよび
Biに対する陽子入射中性子収量(TTNY)、PbおよびBiに対する中性子生成二重微分断面積(DDX)、核破砕中性子による
Npの核分裂率、
Pb(p,f)反応およびBi(p,f)反応で生成される核分裂片の質量数分布、および核分裂中性子に関するデータを取得するとともに、実験値との比較により核反応モデルの精度検証を行った。測定データと核反応モデルによる解析値との比較により、核反応モデルの高度化に向けて取り組むべき課題が明らかになった。
