高温ガス炉と水素製造施設の接続技術開発; HTTR-熱利用試験計画

石井 克典; 守田 圭介; 野口 弘喜; 青木 健; 水田 直紀; 長谷川 武史; 永塚 健太郎; 野本 恭信; 清水 厚志; 飯垣 和彦; et al.

第27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, 2023/09

https://doi.org/10.1299/jsmepes.2023.27.A242

JAEA initiated the HTTR heat application test project coupling a hydrogen production facility to the HTTR (high temperature engineering test reactor). The project aims to establish "coupling technologies" between HTGR and hydrogen production achieving large-scale, stable and economically competitive carbon-free hydrogen production using the HTGR heat. Important considerations towards establishment of coupling technologies are development of system technologies for HTGR hydrogen production systems and components required for coupling between two facilities. This paper explains a system concept of the HTTR heat application system which can maintain safe and stable operation of the HTTR against temperature transients induced by abnormal events in a hydrogen production plant with the results of operational scheme as well as heat and mass balance of the system. Development plans for hot gas duct, high temperature isolation valves and helium gas circulators are also presented.

事故耐性燃料(ATF)の開発状況,1; 原子力の安全性向上に資する技術開発事業での事故耐性燃料の開発の概要

山下 真一郎

日本原子力学会誌ATOMO, 65(4), p.233 - 237, 2023/04

https://doi.org/10.3327/jaesjb.65.4_233

2011年の東日本大震災に伴う東京電力福島第一原子力発電所の事故を契機に、軽水炉の安全性を飛躍的に高めることが期待される事故耐性燃料(ATF)の早期実用化への関心が世界的に高まり、現在、世界中の多くの国々で研究開発が進められている。本稿では、2015年より、経済産業省資源エネルギー庁の支援のもとで進められてきている、国内のATF技術開発の概要を紹介する。

熱・流体・応力連成解析による水蒸気が及ぼす再冠水時のバリア性能への影響

佐藤 伸*; 大野 宏和; 棚井 憲治; 山本 修一*; 深谷 正明*; 志村 友行*; 丹生屋 純夫*

地盤工学ジャーナル(インターネット), 15(3), p.529 - 541, 2020/09

https://doi.org/10.3208/jgs.15.529

本検討は、幌延深地層研究センターで実施中の人工バリア性能確認試験を対象に、熱・水・応力連成解析を実施した。再冠水時の熱・水・応力連成挙動は、間隙水の加熱により生じる水蒸気や、間隙圧の上昇により生じる気相の液相への溶解等の相変換の影響を受けると考えられる。そこで、相変換可能な熱・水・応力連成解析を実施し、水蒸気の発生や間隙空気の間隙水への溶解が再冠水挙動にどのような影響を及ぼすのか考察した。その結果、水蒸気を考慮することにより、ヒーター周辺の間隙率が増大し、乾燥密度の分布が生じた。さらに、気液二相流パラメータを変化させると緩衝材の応力状態が変化し、それに伴い、膨潤による緩衝材の膨出量にも影響を及ぼした。このため、緩衝材の長期挙動評価のうち再冠水挙動を模擬するには、相変換を考慮する必要があり、さらに、精緻な予測を行うためには、気液二相流パラメータの評価が重要であることが分かった。

混相相互作用のX線による高速度可視化手法に関する検討

宇佐美 力; 森山 清史; 錦沢 友俊; 中村 秀夫

JAERI-Tech 2005-028, 37 Pages, 2005/05

JAERI-Tech-2005-028.pdf:16.32MB

軽水炉シビアアクシデント時に炉心溶融物と冷却水の接触により発生する水蒸気爆発は、格納容器破損をもたらし得る現象の一つとして、安全研究上の課題とされてきた。水蒸気爆発の規模を予測するためには、初期条件となる高温液体の水中での混合状態に関する理解が必要だが、実験でそれを観察する場合には、発生した蒸気泡等のために可視光による観察が難しい。これを観察するためにはX線による透過撮影が適していると考えられる。そこで、撮像速度4500コマ/秒のイメージ・インテンシファイア付き高速度ビデオカメラと、CdWO単結晶,ZnS(Ag),CsI(Tl)の3種類のシンチレータ(蛍光板)を用いた高速度X線撮影法について実験により検討した。被写体は水槽中に置いた金属物体及び気泡である。実験の結果、3種類のシンチレータのうち、CsI(Tl)により最も良好な画像が得られ、4500コマ/秒の高速撮影ができることを確認した。しかし、撮影した画像を1コマ抜き出した静止画ではノイズが大きくなり、画像が不鮮明になった。

HTTRワークショップ「水素製造に関するワークショップ」

椎名 保顕; 滝塚 貴和; 笠原 清司

日本原子力学会誌, 46(12), p.862 - 863, 2004/12

http://ci.nii.ac.jp/naid/10013704977

「水素製造技術に関するワークショップ」が、2004年7月56日、茨城県大洗町の日本原子力研究所(原研)大洗研究所で、同研究所の主催のもと、開催された。原研ではHTTR(高温工学試験炉)プロジェクトにおける研究開発推進のため、高温ガス炉技術の開発研究及び水素製造などの核熱利用技術の開発研究に関する専門家を集めたHTTRワークショップを定期的に開催し、核熱による水素製造技術の技術課題や研究開発の推進方法などについて議論することを計画している。本ワークショップはその第1回として開催された。参加人数は113名で、そのうち国外の参加者は6か国(米・仏・韓・独・加・英)21名であった。発表はすべて口頭で行われ、件数は17件であった。

Stability of titanium beryllide under water vapor

宗像 健三*; 河村 弘; 内田 宗範*

Journal of Nuclear Materials, 329-333(Part2), p.1357 - 1360, 2004/08

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2004.04.197

先進中性子増倍材料として期待されているBeTiについて、LOCA時の安定性に大きな影響を与える水蒸気との反応性について研究した。HIPで製作したBeTiについて、反応管内において水蒸気を含むArガスを流入して1000Cまで加熱して生成する水素ガス濃度を質量分析計により測定した。BeTiは500Cから水蒸気と反応を開始したが、その生成速度はBeに比べて10以下であり、1000CまでBeに典型的なブレークアウェイは観察されなかったことから、BeTiは優れた水蒸気に対する安定性を有することを明らかにした。

Extraction of hydrogen from water vapor by hydrogen pump using ceramic proton conductor

河村 繕範; 小西 哲之; 西 正孝

Fusion Science and Technology, 45(1), p.33 - 40, 2004/01

https://doi.org/10.13182/FST04-A423

核融合炉の効率的なブランケットトリチウム回収システムの実現を目指して、プロトン導電性固体電解質膜を用いた電気化学水素ポンプの研究開発を進めている。水素ポンプを用いたブランケットトリチウム回収システムの利点の一つは、一つのコンポーネントで水素同位体と水蒸気の同時処理が期待できることである。本研究では、ペロブスカイト型プロトン導電性セラミックであるSrCeYbOを用いた水素ポンプにより、水分子中の水素抽出特性についての実験研究を行った。水分子からの水素抽出には、水の分解エネルギーに相当するしきい値が存在する。その値は873Kで500600mV程度で、水蒸気分圧の増加に伴い減少する傾向が見られたが、理論値よりやや低い値となることがわかった。また、H-HO混合ガスのポンピングについては、Hの透過が水蒸気分解より優先して生じ、水蒸気分解のしきい値は水素分圧の増加に伴い増加する傾向が見られた。これらの結果から、一段の水素ポンプによる水素同位体及び水蒸気の同時処理を実証したが、同時処理を行うためには、比較的高く印加電圧を設定する必要があることが見込まれる。

核熱利用システムによる水素及びDME製造の経済性評価(共同研究)

椎名 保顕; 桜木 洋一*; 西原 哲夫

JAERI-Tech 2003-076, 52 Pages, 2003/09

JAERI-Tech-2003-076.pdf:2.72MB

水素エネルギーは2020年頃の普及を目標に開発が行われている。しかし、水素の利用が社会の隅々まで普及するには長い時間がかかると考えられ、それまでの間、液体燃料と水素が併行して使われるものと考えられる。近年、そのような見地から、DME等の石油代替燃料が注目されてきている。それらは、水蒸気改質法により製造される合成ガスから作ることができるため、水素とともに高温ガス炉の核熱を利用した化学プロセスの候補になりうると考えられる。そこで、本研究では、水素とDMEを取り上げ、それらを商用プラントで生産する場合と熱源として核熱を利用して生産する場合について経済性評価を行った。その結果、一般産業による製品に比べて核熱を用いて生産した方が、水素の場合には約7%程度、また、DMEの場合は約3%程度安くなることが示された。CO削減効果を評価すると、核熱の有効性はさらに高くなる。

安全とコストをてんびんに; 連続腐食測定天秤の開発

秦野 歳久

メインテナンス, 235(1), p.81 - 83, 2003/01

従来の腐食試験では環境中で重量測定をおこなうと天秤自身が腐食していまい、精度及び信頼性高いデータを得ることができない課題があった。その結果、試験を中断して別環境で重量測定し、断続データを取得してきた。その課題を克服するため分離機構と腐食試験装置の開発に取り組んだ。分離機構に磁性流体を用いて腐食と測定環境を同時に分離し、天秤センサー,加熱器,噴霧器から構成する腐食試験装置の開発に成功した。本稿では装置性能を実証する水蒸気腐食試験の実施例も含め紹介する。

Effects of successive annealing of oxides on electrical characteristics of silicon carbide metal-oxide-semiconductor structures

吉川 正人; 佐藤 美玲; 大島 武; 伊藤 久義

Materials Science Forum, 389-393, p.1009 - 1012, 2002/05

4H-SiCエピ膜上に水素燃焼酸化法により酸化膜を成長させた。酸化の最終段階において950まで温度を低下させ30分間、引き続いて800まで温度をさらに低下させ3時間、それぞれ水蒸気雰囲気で酸化膜をアニーリングする連続アニーリングを行った。その後電極を蒸着してMOS構造を形成し、そのCV特性を測定して酸化膜/4H-SiC界面欠陥の電気特性を評価した。その結果、これまでの単一温度の水蒸気アニーリングとは異なり、連続アニーリングによって価電子帯近傍の界面欠陥量が、大幅に低下することを見出した。一方、伝導体近傍の界面欠陥については、95030分或いは8003時間等の単一温度の水蒸気アニーリングを行った時と同程度の欠陥低減効果が得られた。連続アニーリング法は、4H-SiC MOS構造用酸化膜の作製手法として有効であると結論できる。