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相馬 秀; 石垣 将宏*; 柴本 泰照
Annals of Nuclear Energy, 219, p.111455_1 - 111455_12, 2025/09
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Nuclear Science & Technology)Containment venting is one of the accident mitigation measures during severe accidents in nuclear power plants for preventing overpressure failure of the containment vessels. Because of the capability of releasing hydrogen generated in the containment vessel, the hydrogen risk can be also reduced. In this study, we conducted experiments with the large-scale test facility CIGMA to investigate the light gas transport during the venting action, mainly focusing on the effect of sump water boiling caused by the vent. The CIGMA test vessel initially pressurized by steam, air, and helium (hydrogen simulant) that formed a helium-rich density stratification was depressurized with and without sump water, with different venting flow rates, and at different venting positions. As the sump water became a steam source due to flash boiling, the helium stratification was diluted and the venting time increased twofold compared to the case without sump water, which significantly affected the amount of helium discharged to the atmosphere. Especially for the high venting flow rate condition, the amount of helium remaining in the vessel at the end of depressurization was half that of the case without sump water. Lowering the venting position from within the initial stratification to 3 m below its interface led to a threefold increase in the amount of helium remaining at the same low pressure, because of the longer time until the helium-rich stratification reached the venting position.
進藤 愛美*; 上奥 あや*; 岡村 和奏*; 菊地 晋; 山崎 淳司*; 古賀 信吉*
Thermochimica Acta, 749, p.180021_1 - 180021_14, 2025/07
The present study focused on the multistep thermal dehydration/decomposition process of geopolymer paste samples prepared using distinct active fillers, including fly ash, blast furnace slag, and metakaolin. Besides the lower water content of the geopolymer materials compared with conventional Portland cement, the thermal dehydration/decomposition occurs as the multistep process. Water evolution behavior is critical for assessing its potential application as a construction material in water-resistant environment. The thermal dehydration/decomposition kinetics also plays a pivotal role in evaluating the thermal stability of geopolymer materials. This article presents the kinetic behavior of the multistep thermal dehydration/decomposition of different geopolymer materials in a stream of dry N
or wet N with varying water vapor pressures. This study revealed that, irrespective of the samples, the two-step thermal dehydration/decomposition process occurred after the desorption of absorbed water. The kinetics of the initial reaction process, which is attributed to the thermal dehydration of bounded water, exhibited sensitivity to atmospheric water vapor. In contrast, the kinetics of the subsequent process of the thermal dehydroxylation of the binding phase demonstrated practically invariable behavior, irrespective of the atmospheric water vapor pressure. The latter was identified as a distinctive attribute of the irreversible process and as a pivotal process in determining the thermal stability of geopolymer materials.
山下 拓哉
Fukushima Daiichi Nuclear Power Station Accident Information Collection and Evaluation (FACE) Project Annual Report 2023, p.55 - 62, 2024/11
The FACE project, initiated in July 2022 with a planned duration of four years, involves 25 organizations from 13 countries and the European Commission. It serves as a constructive extension of previous projects, including BSAF, BSAF2, PreADES, and ARC-F. The primary objectives of the FACE project are to refine the interpretation of accident scenarios, evaluate current modeling capabilities for severe accident progression, explore directions for further improvement, analyze U-bearing particles, and establish suitable hot laboratory analysis techniques and procedures for future fuel debris analysis. Additionally, the project maintains communication channels between Japanese organizations and international partners to facilitate the sharing of data, information, and expertise. This chapter reports on the results of the ELSA-3 tests, which focus on damage caused by eutectic melting in the liquid metal pool and the control rod drive (CRD). These tests aim to enhance understanding of the failure mechanisms of the lower head (LH) during the severe accident progression observed in the FACE project. The findings indicate that eutectic melting can lead to boundary failure of the LH, depending on the conditions of the molten pool formed in the lower plenum. The failure behaviors observed in these tests provide valuable insights into the progression of the 1F2 and 1F1 accidents.
山野 秀将; 江村 優軌; 高井 俊秀; 久保 重信; Quaini, A.*; Fossati, P.*; Delacroix, J.*; Journeau, C.*
Proceedings of International Conference on Nuclear Fuel Cycle (GLOBAL2024) (Internet), 4 Pages, 2024/10
本論文では、炉心混合物質の相互作用に関する反応速度論、二酸化ウラン(UO)と鉄(Fe)と単価ホウ素(B
C)に対する高温熱物性データ、BCとステンレス鋼(SS)並びにBC-SS共晶物再配置(固化も)に関する実験研究、シビアアクシデントコードにBC-SS共晶物と反応モデルを組み込む。
菊地 晋; 近藤 俊樹; 土井 大輔; 清野 裕; 小川 賢吾*; 中川 武志*
Proceedings of 14th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics, Operation, and Safety (NTHOS-14) (Internet), 12 Pages, 2024/08
In this study, thermal behavior of NaI in different atmospheric conditions was investigated using thermal analysis technique to understand the formation behavior of gaseous iodine. Based on the results, it was revealed that the thermal behavior of NaI in inert atmosphere is phase change and approximately 10 mass% of I2 could be formed from NaI in 20 vol% oxygen atmosphere. The chemical equilibrium simulation was also performed to understand the mechanism of I2 formation. The estimated value of I2 formation in 20 vol% oxygen atmosphere was comparable to the result of thermal analysis.
進藤 愛美*; 上奥 あや*; 岡村 和奏*; 菊地 晋; 山崎 淳司*; 古賀 信吉*
Thermochimica Acta, 738, p.179801_1 - 179801_12, 2024/08
被引用回数：1 パーセンタイル：0.00(Thermodynamics)This study investigated the kinetics of the multistep thermal dehydration/decomposition of the metakaolin-based geopolymer paste. The component two reaction steps were characterized by the evolution of water vapor and the simultaneous evolution of water vapor and CO, respectively. In a stream of dry N, the kinetics of the first and second reaction steps were characterized by the apparent activation energy (Ea) values of 92 and 166 kJ mol
, respectively. Both reaction steps exhibited a diffusion-controlled rate behavior. In a stream of wet N, the mass loss curves systematically shifted to higher temperatures with an increase in the water vapor pressure (p(HO)). The first reaction step was significantly influenced by p(HO), and the apparent Ea increased to 175 kJ mol at p(HO) = 11.4 kPa. The second reaction step was less sensitive to the atmospheric water vapor, as characterized by its Ea of 
165 kJ mol , irrespective of the p(HO).
山下 拓哉; 下村 健太; 永江 勇二; 永井 英一*; 安松 智博*; 中島 悟*; 荻野 翔矢*; 溝上 伸也*
Proceedings of 11th European Review Meeting on Severe Accident Research Conference (ERMSAR 2024) (Internet), 11 Pages, 2024/05
Internal investigations of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant (1F) have been conducted, and the internal situation is gradually becoming clearer. In addition, trial debris removal has been conducted and much information is being obtained. The information obtained from the trial debris removal is managed in the decommissioning fundamental research database (debrisWiki), which was established by JAEA and TEPCO. However, it is difficult to understand the entire accident progress only from individual data. Therefore, we developed a 3D view application (debrisEye) for 1F decommissioning. debrisEye was created by Unity. For the CG displayed in debrisEye, pre- and post-accident conditions were constructed. The pre-accident status was created using design information and point cloud data from periodic inspections. The post-accident status was created mainly from the results of the internal investigation. For areas where internal investigations have not yet been obtained, the information in the estimation diagram was reflected. CG displayed on debrisEye can be viewed from any viewpoint and angle using the functionality contained in debrisEye. It is also possible to clipping at any cross section and to show or hide each part. debrisEye can be linked to and used with debrisWiki to write information in any location, thus displaying the analysis results and location of the debris collected. Visual linking of debris analysis results with on-site information is expected to facilitate understanding of accident progress and improve efficiency of decommissioning work.
根本 義之
季報エネルギー総合工学, 47(1), p.27 - 32, 2024/04
2024年2月に行われたエネルギー総合工学研究所主催月例研究会での講演内容に基づき、事故耐性燃料(ATF)被覆管研究開発の全体概要、原子力機構でのATF研究、そして経済協力開発機構/原子力機関(OECD/NEA)のQuench-ATFプロジェクトの概要について解説する。
O
determined by aerodynamic levitationSun, Y.*; 高谷 友哉*; 牟田 浩明*; 藤枝 俊*; 近藤 俊樹; 菊地 晋; Kargl, F.*; 大石 佑治*
International Journal of Thermophysics, 45(1), p.11_1 - 11_19, 2024/01
被引用回数：1 パーセンタイル：40.97(Thermodynamics)ガス浮遊法は熱物性を非接触で測定するための有用な手法であるが、これまでの測定は溶融試料の中に気泡がなく、楕円球状であることを仮定して行われてきた。本研究ではアルミナを用いて、ガス浮遊法による物性測定と測定後試料の走査型電子顕微鏡による断面観察を行い、試料に含まれる気泡が測定値に与える影響を評価した。また、浮遊ガスにより試料が変形することによる測定誤差の考察も行った。
内堀 昭寛; 堂田 哲広; 青柳 光裕; 曽根原 正晃; 曽我部 丞司; 岡野 靖; 高田 孝*; 田中 正暁; 江沼 康弘; 若井 隆純; et al.
Nuclear Engineering and Design, 413, p.112492_1 - 112492_10, 2023/11
被引用回数：2 パーセンタイル：46.61(Nuclear Science & Technology)ナトリウム冷却高速炉に代表される革新炉に対し、安全性評価やそれに基づく設計最適化を自動で行うARKADIAを開発している。通常運転もしくは設計基準事象の範囲で設計最適化を行うARKADIA-Designについては、核特性-熱流動-炉心変形のマルチレベル連成解析手法等を中心技術として開発し、その基本的機能を確認した。シビアアクシデントまで含む範囲で安全性評価を行うARKADIA-Safetyの基盤技術として、炉内/炉外事象一貫解析手法の整備を進め、仮想的なシビアアクシデント事象を解析することで基本的機能を確認した。また、炉外事象に対する解析モデルの高度化、設計最適解の探索工程を合理化するAI技術の開発に着手した。
土川 雄介; 甲斐 哲也; 阿部 雄太; 及川 健一; Parker, J. D.*; 篠原 武尚; 佐藤 一憲
Journal of Physics; Conference Series, 2605, p.012022_1 - 012022_6, 2023/10
中性子断面積の大きいホウ素の面密度分布を、エネルギー分析型中性子イメージングにより取得する方法を開発した。一般に、中性子感度が非常に高い元素の測定では、元素量が多くなると中性子の自己遮蔽効果が無視できず、定量的な測定が困難になる。この効果を回避するために、既知の断面積データを用いたエネルギースペクトル解析を試み、J-PARCの物質・生命科学実験施設において、定量的な二次元イメージング像の取得を実証した。本発表では、一例として福島第一原子力発電所のシビアアクシデントの研究において得られた模擬溶融試験体デブリの測定結果を紹介する。この取り組みは、溶融過程における制御棒からのホウ素の挙動を調査するものである。ホウ素の中性子断面積は、広い範囲で中性子エネルギーの平方根に反比例し、模擬燃料集合体に含まれる他の物質とは大きく異なる。試料の中性子透過率を中性子イメージング検出器で測定し、二次元的なホウ素の面密度分布を得た。同様に、鉄やジルコニウム等比較的感度の低い他元素の面密度分布も導出することを試みた。
坂東 大都*; 山路 哲史*; 山下 拓哉
Proceedings of International Conference on Environmental Remediation and Radioactive Waste Management (ICEM2023) (Internet), 9 Pages, 2023/10
The internal investigations of TEPCO's Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (1F) Unit 2 indicate multiple breaches in the lower head of the reactor pressure vessel (RPV), which led to discharges of molten core materials. In addition, a large enough breach (es) is expected near the vessel periphery, which allowed relocation of a fuel assembly upper tie plate to the pedestal floor. However, the muon radiography indicates that massive fuel debris are still retained within the RPV lower head. This study aims to provide a comprehensive explanation of such observations by considering interactions of the fuel debris with the thermal insulation plates below the RPV lower head at the time of the accident. The Moving Particle Semi-implicit (MPS) method has been developed and pieces of the debris were modeled by rigid bodies to analyze thermal behavior of the fuel debris and their interactions with the insulation plate. The results showed that whether the insulation plate failed or not depended on the initial enthalpy and temperature distribution of the relocated fuel debris on the plate. The results implied that thermal load on the plate was greater below the outer region of the vessel than the central region, because there was larger space between the plate and the vessel for the debris to pileup.
O)
-(SiO)
measured by aerodynamic levitation近藤 俊樹; 戸田 太郎*; 竹内 淳一*; 菊地 晋; Kargl, F.*; 牟田 浩明*; 大石 佑治*
High Temperatures-High Pressures, 52(3-4), p.307 - 321, 2023/06
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Thermodynamics)原子炉のシビアアクシデントを評価する手法や数値シミュレーションを確立するためには、関連する溶融物の高温物性、特に流動性の取得が不可欠である。本試験ではシビアアクシデントの初期段階で、原子炉の主構成材である鋼材の酸化物と基盤であるコンクリートの主成分であるSiOの接触により生じると考えられる代表組成の、(FeO)-(SiO)混合物の密度や粘度などの熱物性を取得した。その結果、(FeO)-(SiO)混合物の物性値は、以前の研究で得られたFeOの物性値とほぼ同じであり、微量のSiO(約5mol.%)は、FeOの流動性に大きな影響を与えないと結論付けることができた。
and Zr at precisely controlled high temperatures白数 訓子; 佐藤 拓未; 鈴木 晶大*; 永江 勇二; 倉田 正輝
Journal of Nuclear Science and Technology, 60(6), p.697 - 714, 2023/06
被引用回数：2 パーセンタイル：46.61(Nuclear Science & Technology)ジルカロイ被覆管とUO燃料の溶融反応のメカニズム解明に資するため、温度誤差が可能な限り最小となるよう検討を行い、1840
Cから2000Cの範囲でZrとUOの高温反応試験を実施した。UOるつぼにZr試料を装荷し、アルゴン雰囲気中加熱を行い、生成した反応相の成長状況や溶融状態、組織変化の観察を行った。1890 Cから1930 Cで加熱した試料は、丸く変形しており、
-Zr(O)相と、少量のU-Zr-O溶体相で形成されていた。1940C以上で加熱した試料は大きく変形し、急激に溶体形成反応が進行する様子が観測された。U-Zr-O溶体相の形成反応はZr(O)中の酸素濃度に依存し、酸素濃度の低いZr(O)へ反応はどんどん進展する。そして酸素含有量が高いZr(O)中では、U-Zr-O溶体相の生成が抑制されることが確認された。
佐藤 一憲; 吉川 信治; 山下 拓哉; Cibula, M.*; 溝上 伸也*
Nuclear Engineering and Design, 404, p.112205_1 - 112205_21, 2023/04
被引用回数：10 パーセンタイル：95.46(Nuclear Science & Technology)これまでのプラント内部調査、実験、コンピュータモデルシミュレーションから得られた最新の知見に基づき、福島第一原子力発電所2号機の原子炉圧力炉容器内フェーズに対するMAAP解析を実施した。2号機では、炉心物質が圧力容器の下部プレナムに移動し、そこで冷却材によって冷却されて固化したときのエンタルピーが比較的低かったと考えられる。MAAPコードは、炉心物質リロケーション期間中の炉心物質の酸化の程度を過小評価する傾向があるが、酸化に係るより信頼性の高い既存研究を活用することによって補正を行うことで、下部プレナム内の燃料デブリ状態の、より現実的な評価を行った。この評価により、2号機事故進展挙動に係る既往予測の基本的妥当性が確認され、今後の後続過程研究を進めるための詳細な境界条件を提供した。下部ヘッドの破損とペデスタルへのデブリ移行に至るデブリ再昇温プロセスに対処する将来研究に、本研究で得た境界条件を反映する必要がある。
間所 寛; 山下 拓哉; Gaus-Liu, X.*; Cron, T.*; Fluhrer, B.*; 佐藤 一憲; 溝上 伸也*
Nuclear Technology, 209(2), p.144 - 168, 2023/02
被引用回数：2 パーセンタイル：29.47(Nuclear Science & Technology)Since the reactor pressure vessel (RPV) lower head failure determines the subsequent ex-vessel accident progression, it is a key issue to understand the accident progression of Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (1F). The RPV failure is largely affected by thermal loads on the vessel wall and thus it is inevitable to understand thermal behavior of molten metallic pool with co- existence of solid oxide fuel debris. In the past decades, numerous experiments have been conducted to investigate a homogeneous molten pool behavior. Few experiments, however, addresses the melting and heat transfer process of debris bed consisted of materials with different melting temperatures. LIVE-J2 experiment aimed to provide the experimental data on a solid-liquid mixture pool in a simulated RPV lower head under various conditions. The extensive measurements of the melt temperature indicate the heat transfer regimes in a solid-liquid mixture pool. The test results showed that the conductive heat transfer was dominant during the steady state along the vessel wall boundary and that convective heat transfer takes place inside the mixture pool. Besides the experimental performance, the test case was numerically simulated by using ANSYS Fluent. The simulation results generally agree with the measured experimental data. The flow regime and transient melt evolution were able to be estimated by the calculated velocity field and the crust thickness, respectively.
高野 和也; 大木 繁夫; 小澤 隆之; 山野 秀将; 久保 重信; 小倉 理志*; 山田 由美*; 小山 和也*; 栗田 晃一*; Costes, L.*; et al.
EPJ Nuclear Sciences & Technologies (Internet), 8, p.35_1 - 35_9, 2022/12
日仏高速炉協力を通じ、仕様共通化タンク型高速炉に係る技術検討を進めている。仏実証炉ASTRID600の設計をベースに、ODS鋼被覆管を用いた高燃焼度化炉心や自己作動型炉停止機構といった日本の高速炉実用化に向けた技術の実証が可能である見通しを得た。また、コアキャッチャ等により炉容器内事象終息を目指すASTRID600におけるシビアアクシデント緩和策は、日本における安全設計方針とも整合している。ASTRID600をベースに仕様共通化を図ることで両国の炉心燃料及び安全設計分野の高速炉技術の実証に有用であることを示した。
中村 博紀*; 早川 教*; 柴田 明裕*; 佐々 京平*; 山野 秀将; 久保 重信
Proceedings of 12th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS12) (Internet), 7 Pages, 2022/10
デブリベッドの長期冷却性評価のため、本研究ではデブリベッドモジュールと連成させた3次元解析手法を開発した。連成解析により、浸漬型直接炉心冷却熱交換が稼働後に、ホットプレナムとコールドプレナムの間で冷却材の自然循環が4つの中間熱交換器を通じて確立されることを示した。デブリベッドに接したコールドプールは継続的に冷却され、自然循環だけなく、ホットプールとコールドプールを隔てる分離板を通じた熱伝達により冷却される。デブリベッドの温度分布に対するコアキャッチャ周辺の3次元流れの影響は現在の計算条件では20C程度であった。
, (FeO)
-(ZrO)
and (FeO)-(UO)近藤 俊樹; 戸田 太郎*; 竹内 淳一*; Kargl, F.*; 菊地 晋; 牟田 浩明*; 大石 佑治*
Journal of Nuclear Science and Technology, 59(9), p.1139 - 1148, 2022/09
被引用回数：1 パーセンタイル：14.76(Nuclear Science & Technology)原子炉の過酷事故時の対策として、酸化鉄(FeO)を犠牲材として用いることにより炉心溶融物の流動性を維持し、コアキャッチャーへと効率的に導く効果が期待されている。また、過酷事故時に原子炉構成材である鉄が酸化される可能性があるため、この酸化物の性質は事故時の挙動解明のためにも重要である。一方で、高温融体、特に高温酸化物融体の物性はその高温反応性のために知見がほとんどないのが現状であり、溶融後の酸化鉄が犠牲材として適した物性を有しているのかは不明であった。本研究では、ガス浮遊法測定装置を用いてFeO, (FeO)-(ZrO)ならびに(FeO)-(UO)の密度と粘性を評価し、FeOの添加によって炉心溶融物の融点が低下すること、また、流動性が低い温度でも維持されることを明らかにした。
山野 秀将; 久保 重信; 佐々 京平*; 柴田 明裕*; Hourcade, E.*; Dirat, J. F.*
Proceedings of 29th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE 29) (Internet), 9 Pages, 2022/08
本論文は、短時間でコアキャッチャ上での燃料堆積を仮定して、様々な崩壊熱除去系(DHRS)運転条件でのデブリベッドの冷却性評価を記述する。評価は、1次元プラント動特性解析コードSuper-COPDで実施した。冷却性評価では、DHRS1系統さえ稼働されれば、現設計は、コアキャッチャ周辺の十分な自然循環流によってデブリベッドの冷却性は確保できることを示した。悲観的な条件での感度解析では、短時間でコアキャッチャ上にほとんどの燃料が堆積したとしても、改善されたDHRSの少なくとも1系統あれば、デブリベッドは冷却可能であることを示した。
