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岩井 保則; 久保 仁志*; 大嶋 優輔*
Isotope News, (736), p.12 - 17, 2015/08
原子力機構は田中貴金属工業と共同で核融合炉の実現に向けてトリチウムを回収するための新たな疎水性白金触媒の開発に成功した。核融合向けに必要であった触媒の耐放射線性、耐熱性について、無機物質を基材に疎水化処理を施す新たな触媒製法の開発により耐放射線性の目安となる530kGyの放射線照射に対して性能劣化がないこと、また通常使用される温度の70
Cを大きく上回る600C超の耐熱性確保にも成功し、これまでの技術的課題を解決した。さらに、この方法で作製した触媒は、従来の約1.3倍に相当する高い交換効率を達成することも確認した。本報告は疎水性触媒による核融合炉安全性の向上につき概説する。
麻生 智一; 達本 衡輝; 長谷川 勝一; 牛島 勇*; 大都 起一*; 加藤 崇; 池田 裕二郎
AIP Conference Proceedings 823, p.763 - 770, 2006/05
原研はKEKと共同してMW級の核破砕中性子源の建設を進めている。その中で極低温水素を用いたモデレータは、中性子性能を決定する重要な機器である。このため、超臨界水素を安定して強制循環する極低温水素循環システムの設計・製作を進めている。本システムの設計結果として、主要機器の仕様,安全性への対応について報告する。
木下 秀孝; 羽賀 勝洋; 粉川 広行; 神永 雅紀; 日野 竜太郎
Proceedings of ICANS-XVI, Volume 3, p.1305 - 1314, 2003/07
大強度陽子加速器計画において開発が進められている核破砕中性子ターゲットの設計において、ターゲット材となる水銀を安定して流動し、ターゲットで発生する陽子ビーム入射による熱を除熱するため、水銀循環システムの開発を進めている。水銀循環システムは現状、基本的な設計を終えており、基本仕様を確定している。しかし、水銀循環用のポンプや配管のエロージョンなど性能及び特性が確定していない問題がある。本報では、水銀流動システムの基本スペック及び設計指針を示し、開発に伴う水銀用ギアポンプ試験及び配管エロージョン試験の結果を示す。実験の結果、ギアポンプは十分所定の性能を満たし、実機への適用が可能でることを確認した。また、エロージョンに関しては施設の寿命期間には、強度低下を起こすほどの影響はないこと、さらに、配管に付着する水銀量の評価から運転員によるメンテナンスが短時間であれば可能なことを明らかとした。本結果を基に水銀循環システムの最終的な仕様決定を行う予定である。
/He混合ガスの室温連続分離実験丹澤 貞光; 廣木 成治; 阿部 哲也
真空, 46(3), p.154 - 157, 2003/03
吸着剤を充填した配管中に混合ガスを通過させ、吸着親和力の違いによって通過速度に差が出現することを利用して、混合ガスを各成分ごとに分離し、そのガス成分を、バルブ操作によって適時抜き出すという方法を開発(連続循環クロマト法,Continuous Circulation Chromatograph method,C
法)し、それを軽水素とヘリウムの混合ガス分離に適用し、99%以上の純度で各成分に分離できることを報告した。今回は、本技術の核融合実燃料へ適用できることを実証するため、D/Heの混合ガスを用いて実験を行ったので、その結果を報告する。
岩井 保則; 山西 敏彦; 大平 茂; 鈴木 卓美; 洲 亘; 西 正孝
Fusion Engineering and Design, 61-62, p.553 - 560, 2002/11
被引用回数：15 パーセンタイル：65.5(Nuclear Science & Technology)深冷蒸留法を採用した水素同位体分離システム(ISS)は核融合炉の燃料循環システムを構成する中核機器の一つである。国際熱核融合実験炉ITERのISS設計にあたり、設計検討上必要な体系的データ取得を目的とした深冷蒸留実験を実施した。得られた主な結果は以下の通りである。(1)ISS設計のキーパラメーターである理論段相当高の値は、実験から5cmと評価した。この値はITER-ISSの設計に採用された。(2)ISS制御ツールとしてレーザーラマン分光法を用いた高速遠隔多点水素同位体分析システムの開発を進め、水素同位体6成分(H2, HD, HT, D2, DT, T2)を1分以内に分析限界1000ppmの精度で分析できることを実証した。本システムの長期間信頼性は、2年間に渡り機器故障なく使用できた実績により確証した。(3)ISS動作評価コードを実験結果と比較検討を行うことで改良し、蒸留塔の動特性を模擬することに成功した。一連の実験を通し、ISSの設計手法及び運転手法を確立した。
岩井 保則; 中村 博文; 小西 哲之; 西 正孝; Willms, R. S.*
Fusion Science and Technology, 41(3), p.668 - 672, 2002/05
核融合実験炉の燃料循環システムではトリチウムの大部分が水素同位体分離システム(ISS)の深冷蒸留塔に液の形で滞留する。ISSの冷却材喪失事象は塔内の液化水素の異常な蒸発を引起こす。核融合炉の安全性の観点から、冷却材喪失事象時のISSの挙動を把握し、数値評価手法を確立することを目的に、日米協力の下、米国ロスアラモス国立研究所トリチウムシステム試験施設の核融合実験炉規模の深冷蒸留塔で冷却材喪失事象模擬試験を世界で初めて実施した。定常状態における深冷蒸留塔内の水素同位体インベントリーの所在を評価した後、冷凍機を手動で停止させることで冷却材喪失事象を模擬した。また同時に再沸器のヒーター出力を零とした。塔内の圧力が定常時の106.7kPaから液の蒸発とともに上昇し、235kPaに達するまでに90分を要することを観測し、水素吸蔵ベットを用いた水素急速回収等により圧力上昇を防ぐ十分な時間猶予があることを見いだした。
岩井 保則; 山西 敏彦; 西 正孝
Fusion Technology, 39(2-Part2), p.1078 - 1082, 2001/03
現在進行中のITER設計見直し作業の一環として、燃料循環システムの中核である水素同位体分離システム(ISS)の処理流量の減少に基づいた概念設計の再検討を行った。ISSでは供給される三種類(プラズマ排ガス,水処理システムからの排ガス,中性粒子注入システムからの排ガス)のフィードを深冷蒸留法により、燃料用のトリチウム濃縮流、中性粒子注入システム用の重水素濃縮流、軽水素排ガスに分離する。本報ではサイドカット流、平衡器の減数などシステムの簡略化とITERの段階的運転シナリオを考慮した4塔からなる独自の塔構成を提案した。プラズマ排ガスのトリチウム濃度、要求される燃料流中のトリチウム濃度及びその流量が総トリチウムインベントリーに与える影響を考察した。また現状の塔構成では軽水素排ガス中のトリチウム濃度が運転中に変動する可能性を指摘し、塔の構成変更による対策を提案した。
麻生 智一; 勅使河原 誠; 長谷川 勝一; 武藤 秀生*; 青柳 克弘*; 高田 弘; 池田 裕二郎
no journal, ,
J-PARCの大強度中性子源では、ターゲットで発生した速中性子を液体水素減速材で冷中性子に冷却するために、液体水素循環系(1.5MPa、18K)とヘリウム冷凍機(6kW at 17K、1.6MPa、270g/s)から成る2元冷凍システムを運転している。2008年の運転開始以来、冷中性子を利用者に供給するために約2-3ヶ月の連続運転を年間3回行ってきたが、2015年からヘリウム冷凍機内の熱交換器と内部吸着器(ADS)で運転中に圧力損失が増加し、冷凍機の冷却性能が低下して長期間の安定運転に支障を来す状態となった。本件は、この性能劣化についての経緯と、利用施設としての運転を継続しつつ実施した性能回復に向けた検討及び対応について報告する。
麻生 智一; 勅使河原 誠; 長谷川 勝一; 武藤 秀生*; 青柳 克弘*; 高田 弘; 池田 裕二郎
no journal, ,
J-PARCの大強度中性子源の液体窒素循環システム用ヘリウム冷凍機で性能劣化が生じた原因調査において、新たな知見として、内部吸着器の活性炭の飛散を防止するために設置したフェルトの表面に膜状に蓄積した油が観測され、それが内部吸着器での差圧の発生の要因になることを実験的に見出した。熱交換器の洗浄及び内部吸着器の交換を行った後の運転では、総計約7ヶ月もの運転において、性能劣化に関わる圧力損失の増加は無く、安定に運転を継続可能とした。これらの機器が性能劣化の要因であることは判明したが、機器の配置関係から内部吸着器で発生した差圧が熱交換器の性能劣化を引き起こすとは考えにくく、根本的な原因究明には至っていない。更に詳細に原因を探るため、差圧分布を詳細化する差圧計の増設等を施すなど、今後の根本対策に向けた検討を進める。本件では、性能劣化に関わる原因究明の結果のまとめと今後の対策について報告する。
勅使河原 誠; 麻生 智一; 長谷川 勝一; 武藤 秀生*; 青柳 克弘*; 高田 弘; 池田 裕二郎
no journal, ,
J-PARCの大強度中性子源の液体水素循環システム用ヘリウム冷凍機で、2015年より冷却性能が低下した。原因を解明するため、四重極質量分析計や有機溶媒抽出を用いて循環系内の不純物や油の蓄積量を実測した。熱交換器と内部吸着器から回収した油の蓄積量は総量で約143gであった。油の蓄積量は、ヘリウムの循環において、その中に含まれる不純物(10ppb)の運転時間の総積算量から概算される値と同等であり、設計の許容範囲であった。しかしながら、唯一、内部吸着器において封入した活性炭が飛散しないよう配置したフェルト材のヘリウム入口側表層にこれまでに経験したことのない膜状の油の蓄積が見られた。本報告では、ヘリウム冷凍機内の不純物分析や油蓄積量について評価した結果とフェルト材への膜状の油の蓄積について報告する。
勅使河原 誠; 麻生 智一; 武藤 秀生*; 青柳 克弘*; 高田 弘; 池田 裕二郎
no journal, ,
J-PARCの大強度中性子源の液体水素循環システム用ヘリウム冷凍機で、2015年より冷却性能が低下した。原因究明の過程で、内部吸着器(ADS)内の活性炭を飛散しないよう配置したフェルト材の入口側表層に膜状の油の蓄積を確認した。本件では、フェルト材の油の蓄積が性能低下の要因と成り得るのか実験的に調べた。冷却性能の低下の要因となる差圧の発生を確認するため、油を蓄積させたフェルトに低温窒素ガスを流す試験を行った。その結果として、低温窒素ガスを流すことによって油が固化し、それが差圧を引き起こすことを確認した。
麻生 智一; 勅使河原 誠; 武藤 秀生*; 青柳 克弘*; 高田 弘
no journal, ,
J-PARCの大強度中性子源では、ターゲットで発生した速中性子を液体水素減速材で冷中性子に冷却するために、液体水素循環系(1.5MPa、18K)とヘリウム冷凍機(6kW at 17K、1.6MPa、270g/s)から成る2元冷凍システムを2008年から運転している。2015年から運転中に生じたヘリウム冷凍機内の熱交換器と内部吸着器(ADS)の圧力損失上昇は、ヘリウムガス中の油分の局所的な蓄積が原因とし、2016年夏季に熱交換器のフロン洗浄とADSの交換によって冷凍機の性能が回復した。それ以降、圧力損失が増えることなく、2018年には7月までの175日間の連続運転を行うことができた。油分が蓄積する現象の詳細は未だ不明のため、圧力損失のモニタを増やすとともに、局所的な油蓄積を防ぐために活性炭を抑えるフェルト材を変更したADSの製作を進めている。また、7月に到達目標である1MWのビーム出力で1時間の連続運転を初めて行い、水素循環系統の圧力調整機構の性能、液体水素減速材の出入口温度差が3K以内という設計要件を確認した。この結果、大強度中性子源として利用者に中性子強度を維持した冷中性子を供給できることが確認できた。
