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報告書

高速増殖原型炉「もんじゅ」における水素・トリチウム挙動 -性能試験データによる解析コード(TTT9)の検証と定格運転予測評価-

飯沢 克幸; 鳥居 建男

JNC-TN4400 99-002, 192 Pages, 1999/03

JNC-TN4400-99-002.pdf:7.27MB

高速増殖炉におけるトリチウム挙動解析評価手法と負荷低減対策の開発整備を目的として、「もんじゅ」出力上昇試験データを用いて高速炉トリチウム挙動解析コード"TTT"の検証と定格運転長期予測評価を実施した。この際、既に長期運転経過により飽和挙動に達している「常陽」及びPHENIX解析結果との比較検討も実施した。"TTT"コードはR.KUMARのトリチウム・水素挙動モデルに基づき作成され、当初「もんじゅ」設計段階の評価に用いられて来たが、その後「常陽」MK-IIデータに基づき改良整備し、更に今回「もんじゅ」性能試験データによる検証精度の向上を図り、実力ベースにおける長期予測評価と低減対策検討への適用に到っている。本研究において得られた結果と結論は以下のとおりである。(1)「常陽」、PHENIX、「もんじゅ」性能試験におけるトリチウム濃度実測分布への解析コード炉心放出率適合値の検討により、制御棒からの放出寄与の優位性が推測された。(2)「もんじゅ」性能試験時のナトリウムと水・蒸気中トリチウム濃度分布に対して、解析コード検証精度C/E=1.1が得られた。(3)カバーガス中トリチウム濃度実測分布を再現するうえでトリチウム/水素同位体存在比均一化モデルの妥当性が確認された。(4)「もんじゅ」2次系ナトリウム中トリチウム濃度は1次系の約1/50で、

報告書

地層処分システム性能評価の品質保証に関する研究(III)(研究概要)

房枝 茂樹*

JNC-TJ1400 99-022, 19 Pages, 1999/02

JNC-TJ1400-99-022.pdf:1.15MB

第二次取りまとめにおける地層処分システムの性能評価では、ニアフィールド性能の定量化を大きな目標としており、ここでは、評価モデルの妥当性および性能評価用データの信頼性と品質保証が技術的課題として重要視されている。この課題を達成するためには、データ、モデルおよび解折コードという個々の品質を保証するとともに、解析作業やデータ取得作業についても十分な信頼性を持たせ、それらの品質を総合して評価結果の信頼性を保証していくことが重要である。本研究では、性能評価に係わる品質情報を総合的に管理し活用できる計算機環境を整備し、第二次取りまとめ報告書における解析結果の信頼性を示すための総合的な品質保証システムの構築を目的として以下の研究を実施した。(1)品質保証フレームワークに関する検討:MESHNOTEの信頼性確保を目的として、室内試験データや原位置データに基づく碓証解析の実施ならびに計画を実施した。また、実務に適用すべく品質保証要領書の改訂を実施した。・鉄含有ベントナイト中における拡散試験データに基づく確証解析を行い、MESHNOTEが妥当であることを確認し、知識ベースについて整理した。・解析報告書の管理に関する事項を品質保証要領書に追加した。(2)品質保証システムの構築:解析結果の信頼性の向上および品質保証プログラムの効率的な運用を目的として、解析管理システム「CAPASA」を基盤とした品質保証システムに係わる以下の拡張を実施した。・人工バリア幾何形状、ガラス溶解に係わるデータおよび被ばく線量換算係数を管理するための核種移行解析用データベースを構築した。また、これらデータを、CAPASAで利用可能とするためのインタフェースプログラムを構築した。・亀裂媒体中の核種移行解析コードTlGERおよび地球化学コードPHREEQCを、CAPASAに搭載した。また、人工バリア中の核種移行解析コードMESHNOTEの改良版を対象として、核種移行解析用データベースとのインタフェースプログラムを構築した。

報告書

地層処分システム性能評価の品質保証に関する研究(III)(研究委託内容報告書)

房枝 茂樹*

JNC-TJ1400 99-021, 86 Pages, 1999/02

JNC-TJ1400-99-021.pdf:9.09MB

第二次取りまとめにおける地層処分システムの性能評価では、ニアフィールド性能の定量化を大きな目標としており、ここでは、評価モデルの妥当性および性能評価用データの信頼性と品質保証が技術的課題として重要視されている。この課題を達成するためには、データ、モデルおよび解析コードという個々の品質を保証するとともに、解析作業やデータ取得作業についても十分な信頼性を持たせ、それらの品質を総合して評価結果の信頼性を保証していくことが重要である。本研究では、性能評価に係わる品質情報を総合的に管理し活用できる計算機環境を整備し、第二次取りまとめ報告書における解析結果の信頼性を示すための総合的な品質保証システムの構築を目的として以下の研究を実施した。(1)品質保証フレームワークに関する検討:MESHNOTEの信頼性確保を目的として、室内試験データや原位置データに基づく確証解析の実施ならびに計画を実施した。また、実務に適用すべく品質保証要領書の改訂を実施した。・鉄含有ベントナイト中における拡散試験データに基づく確証解析を行い、MESHNOTEが妥当であることを確認し、知識ベースについて整理した。・解析報告書の管理に関する事項を品質保証要領書に追加した。(2)品質保証システムの構築:解析結果の信頼性の向上および品質保証プログラムの効率的な運用を目的として、解析管理システム「CAPASA」を基盤とした品質保証システムに係わる以下の拡張を実施した。・人工バリア幾何形状、ガラス溶解に係わるデータおよび被ばく線量換算係数を管理するための核種移行解析用データベースを構築した。また、これらデータを、CAPASAで利用可能とするためのインタフェースプログラムを構築した。・亀裂媒体中の核種移行解析コードTlGERおよび地球化学コードPHREEQCを、CAPASAに搭載した。また、人工バリア中の核種移行解析コードMESHNOTEの改良版を対象として、核種移行解析用データベースとのインタフェースプログラムを構築した。

報告書

性能評価へ適用可能なナチュラルアナログに関する研究(研究概要)

妹尾 宗明*; 伊藤 賢治*; 安保 則明*; 深谷 正明*

PNC-TJ1561 96-002, 54 Pages, 1996/02

PNC-TJ1561-96-002.pdf:3.07MB

本研究は、地層処分における性能評価事象との対比において、天然に存在する類似現象(ナチュラルアナログ)に関する研究の現状について国内外の事例を幅広く調査するとともに、今後の我が国における地層処分システムの性能評価への適用の可能性を検討することを目的とする。国内外のナチュラルアナログに関する文献の内容を検討し、ナチュラルアナログ研究の構造と現状を整理した。整理の視点は調査場所、対象性能評価事象、環境条件、研究成果及び成果の利用方法などである。また、抽出した性能評価事象を主体とした主要事象を対象として、性能評価への適用可能性を従来の考え方にこわらず広く検討した。合計75件のナチュラルアナログ文献を調査した結果を整理票に示した。また、性能評価への適用可能性を検討した結果を示した。

報告書

SCALE-4.2のSunOS4 EWSへのインストールと検証

白井 更知; 須藤 俊幸

PNC-TN8460 95-001, 92 Pages, 1995/09

PNC-TN8460-95-001.pdf:2.49MB

米国オークリッジ国立研究所で開発された臨界安全・しゃへい解析及び熱解析を行う計算コードシステムであるSCALE-4.2コードの、sunEWSへのインストール作業及びインストールしたコードの検証作業を行った。SCALE-4.2の開発ベースはIBMEWSであるため、sunEWS機種へのインストールは、OS、FORTRAN、Cコンパイラ等のバージョンやシステム環境の違いにより、ソースコードの修正が必要となった。インストール作業については、特にこの修正点について詳説し、パッケージ解凍方法から、サンプル問題の実行までをまとめた。インストールしたSCALE-4.2の検証作業については、実行したサンプル問題の出力結果とパッケージ添付のIBMEWS機種での出力結果の比較、並びに、臨界ベンチマーク計算により行った。なお、本資料はインストールしたSCALE-4.2コードシステムの品質保証及び今後のバージョンアップ、修正・改造等の保守管理作業、検証作業の必要情報として取りまとめたものである。

報告書

冷却材温度ゆらぎ現象の解析的評価手法の開発(VI) DINUS-3コードによるナトリウム温度ゆらぎ特性の検討

村松 壽晴

PNC-TN9410 94-182, 29 Pages, 1994/06

PNC-TN9410-94-182.pdf:0.93MB

炉心構成要素毎の熱流力特性(集合体発熱量、集合体流量)の違いから、炉心燃料集合体間あるいは炉心燃料集合体・制御棒集合体間などで冷却材に温度差が生じ、それらが混合する過程で不規則な温度ゆらぎ挙動が原子炉の炉心出口近傍に発生する。この温度ゆらぎを伴った冷却材が、炉心上部機構各部(整流筒、制御棒上部案内管、集合体出口温度計装ウェルなど)の表面近傍を通過する際に、冷却材中の不規則な温度ゆらぎが構造材中に伝播すると、その材料は高サイクル熱疲労を受ける(サーマルストライピング)。特に、冷却材として液体金属ナトリウムを使用する高速増殖炉では、高い熱伝導率を持つ液体金属ナトリウムの性質から大きな熱疲労の発生が懸念されている。本報では、分子拡散効果が乱流拡散効果に対して相対的に卓越する液体金属流の温度ゆらぎ評価に対するDINUS-3コードの適用性を検討するため、非等温平行噴流ナトリウム実験の解析を行い、水を作動流体とした同実験結果との比較検討を行った。この結果、実験により既に確認されている以下の特性を、模擬できることが確かめられた。(1)ナトリウムを作動流体とした場合の境界層よる温度ゆらぎ振幅の減衰量は、境界層厚さが水の場合の約1/4と薄いため、水を作動流体とした場合の約1/3倍に留まる。ナトリウムを作動流体とした場合、境界層厚さが薄くなる主な原因は、分子拡散効果が卓越することにより境界層内での状態量が急速に平坦化されるためである。(2)ナトリウムを作動流体とした場合の確率密度関数の標準偏差は、水を作動流体とした場合の約半分となる。これは、ナトリウムが持つ高い熱伝導率と小さな分子粘性に起因するものであり、現象自体が小渦塊スケールに支配されるためである。(3)作動流体の違いによる温度ゆらぎ頻度分布特性の変化は、実験において未だ現象論的解釈が行われていないものの、実験で確認されているその特性の変化、すなわち、水を作動流体とした場合の温度ゆらぎ頻度分布がレイリー分布に従い、またナトリウムを作動流体とした場合のそれが指数分布となる実験的事実はDINUS-3コードによって模擬可能である。以上より、DINUS-3コードは、分子拡散効果が相対的に卓越する液体金属温度ゆらぎ現象の評価に対しても十分な適用性を持つことが確認された。

報告書

地層処分性能評価用解析システムの統合化研究,5;概要

柳澤 一郎*; 房枝 茂樹*; 鵜沢 将行*; 笠井 雅夫*; 石原 義尚*; 池田 康博*; 江崎 正弘*

PNC-TJ1214 94-007, 92 Pages, 1994/03

PNC-TJ1214-94-007.pdf:2.71MB

本研究では、ニアフィールドの複合現象を柔軟に解析できる連成解析用計算支援システム(CAPASA)の基本システムを開発した。基本システムはGUIベースのデータ処理環境であるPCDEEと解析データおよび解析コードを格納するためのオブジェクト指向データベースから構成されるものである。基本システムは以下の手順で開発した。まず、ニアフィールド問題における重要な連成現象(ROIGEN2とHYDROGEOCHEM)を対象とし、その問題領域・解析領域に対するオブジェクト指向分析を実施し、基本システムに必要なオブジェクト、主要属性、プロセスを摘出した。さらに、分析結果をベースとし、基本システムのオブジェクト、データベースならびにPCDEEの設計を行い、システムを実装した。最後に実装したシステムの動作確認のため、具体的な連成現象問題を設定し解析を行った。この結果、カップリング機能ならびにPCDEE及びデータベースが正しく動作することを確認した。さらに、これまでの統合化研究の結果をも踏まえ、今後の研究課題を摘出し、研究スケジュールを作成した。

報告書

地層処分性能評価用解析システムの統合化研究,5

柳澤 一郎*; 房枝 茂樹*; 鵜沢 将行*; 笠井 雅夫*; 石原 義尚*; 池田 康博*; 江崎 正弘*

PNC-TJ1214 94-006, 542 Pages, 1994/03

PNC-TJ1214-94-006.pdf:12.82MB

本研究では、ニアフィールドの複合現象を柔軟に解析できる連成解析用計算支援システム(CAPASA)の基本システムを開発した。基本システムはGUIベースのデータ処理環境であるPCDEEと解析データおよび解析コードを格納するためのオブジェクト指向データベースから構成されるものである。基本システムは以下の手順で開発した。まずニアフィールド問題における重要な連成現象(ORIGEN2とHYDROGEOCHEM)を対象とし、その問題領域・解析領域に対するオブジェクト指向分析を実施し、基本システムに必要なオブジェクト、主要属性、プロセスを摘出した。さらに、分析結果をベースとし、基本システムのオブジェクト、データベースならびにPCDEEの設計を行い、システムを実装した。最後に実装したシステムの動作確認のため、具体的な連成現象問題を設定し解析を行った。この結果カップリング機能ならびにPCDEE及びデータベースが正しく作動することを確認した。さらに、これまでの統合化研究の成果を踏まえ、今後の研究課題を抽出し、研究スケジュールを作成した。

報告書

SSC-Lによる原型炉2次系自然循環試験解析

江沼 康弘; 山口 彰

PNC-TN9410 93-213, 28 Pages, 1993/10

PNC-TN9410-93-213.pdf:0.71MB

ループ型高速増殖炉プラント動特性解析コードSSC-Lの検証と高速増殖原型炉「もんじゅ」性能試験解析に適用する上での問題点を摘出することを目的として、「もんじゅ」特性試験におけるポンプ入熱 4.3MW時の2次系自然循環試験解析を実施した。試験データを分析した結果、準定常時に1次系での入熱が約 4.3MWであるのに対して、2次系での除熱は約 3.4MWでありバランスがとれていない。そこで、その差が系統放熱に等しいと仮定した解析を実施した結果、温度や流量の過渡変化がプラントの測定誤差範囲内で一致した。従って、SSC-Lで使用した圧損式は、底流量時においても十分な精度で適用可能であることが確認された。また、熱バランスがとれていない原因は系統放熱であると考えられる。今後は、個々の解析モデルの検証を継続するとともに、1次系を含む全体システムの自然循環力の評価を実施する。

報告書

冷却材温度ゆらぎ現象の解析的評価手法の開発(IV) -直接シミュレ-ションによる温度ゆらぎ周期評価手法の開発-

村松 壽晴

PNC-TN9410 92-105, 65 Pages, 1992/04

PNC-TN9410-92-105.pdf:2.46MB

高速増殖型炉の炉心出口近傍では,熱流力特性の異なる集合体からの冷却材同士の混合によって,不規則な温度ゆらぎ現象(サーマルストライピング現象)が発生する。本研究では,これまで行うことのできなかった温度ゆらぎ周期の解析的評価を可能にするため,空間に関して3次の精度を持つ風上差分法による直接シミュレーションコードDINUS-3(DIrect NUmeri-cal Simulation using 3rd-order upwind scheme)を新たに開発した。同コードは,AQUAコード等では評価することのできない温度の不規則振動挙動の時間的変化を時々刻々計算することができる。DINUS-3コードの等温場における運動量計算の妥当性を評価するため,直接シミュレーションコードの検証に最もよく採用される矩形障害物背後のカルマン渦列の解析を行った。得られた結果は,次の通りである。(1) レイノルズ数Reの増加に伴って増加するカルマン渦列の周期(ストロウハル数St)は,DINUS-3コードにより的確に模擬することができる。(2) DINUS-3コードの主要な対象流動である不規則流速振動はもちろんのこと,層流領域から乱流領域に渡る遷移領域についても流速振動挙動を的確に模擬することができる。更に,非等温場における運動量計算とエネルギー計算の妥当性を評価するため,定常不規則過程を損なわない程度に簡略化した平行噴流水実験を取り挙げて解析を行った。得られた結果は,次の通りである。(1) 複数の周波数から成る温度ゆらぎ挙動を良好に再現することができる。(2) 実験における代表的な温度ゆらぎ周波数が約9.6Hzであるのに対し,DINUS-3コードは約12.3Hzを予測した。なお,サーマルストラインピング現象の評価で問題となる周波数が概ね10Hz以下のものに限られることから,両者の一致は良好であると判断できる以上より,DINUS-3コードは,高乱流場において発生する不規則振動挙動(流速および温度)の時間的変化を良好に再現できることが確認されたと共に,実規模体系におけるサーマルストライピング現象の温度ゆらぎ周期の評価に適用可能であるとの見通しを得た。

報告書

SWAT-3試験データによるナトリウム-水反応熱流動解析コードSWAC13Eの検証; 大リーク・ナトリウム-水反応解析(第16報)

田辺 裕美*; 鈴木 道博*

PNC-TN9410 87-115, 101 Pages, 1987/08

PNC-TN9410-87-115.pdf:11.65MB

高速増殖炉の蒸気発生器での大リーク・ナトリウム-水反応事故時の準定常圧・温度挙動計算コードSWAC13Eの評価精度の向上を目的として、コードの改造と試験データによる検証を行った。改造の対象は二相流モデルで、流動様相を細分化してそれぞれの流動様相に対応した相対高度と熱交換式を与えた。その後、蒸気発生器安全性総合試験(SWAT-3)のRun4$$sim$$7試験データとの比較により検証を行った。改造の結果、以前見られた流体温度の過大評価を充分現実的なレベルにまで引き下げることができた。また、圧力挙動も従来に増して評価精度の一層の向上が見られた。ナトリウム放出量については、評価精度の向上が見られたものの、依然過大評価となっている。以上の結果から、従来圧力評価に用いていた大リーク解析コードSWACSの準定常圧力計算モジュールに代わる熱流動解析コードとして、SWAC13Eを位置付けることが可能となった。

報告書

高温・高圧水噴出試験によるSWACS水噴出率モジュ-ルの検証 : LMFBR蒸気発生器伝熱管破断時の水噴出率に関する試験研究(第2報)

広井 博*; 三宅 収*; 佐藤 稔*

PNC-TN941 82-37, 170 Pages, 1982/02

PNC-TN941-82-37.pdf:3.0MB

蒸気発生器伝熱管破断時の水噴出率計算用の計算コード(SWAC―11)の妥当性を検証するために,長い管路での高温・高圧水のブローダウン試験を実施し,定常水噴出率ならびに圧力,スラスト力の過渡変化が測定された。特に,スラスト力測定に「ばね・質量」モデルを適用することで極めて短時間の過渡変化データが得られた。これらの試験結果はSWAC―11と比較された。定常時の測定値に対しては,Moodyモデル,二相増倍係数に関しても検討した。得られた主な結論は,以下のとおりである。定常値に関して,SWAC―11は全体を通して概略よく合っているが,飽和水の高圧領域では水噴出率,スラスト力を10$$sim$$15%低く見積る。これは二相増倍係数にThomの相関を使用することで改善される。噴出開始から約5msec後の値に関しても,SWAC―11はほぼ妥当な値を予測する。サブクール水に対してもSWAC―11の流動モデルは適用できる。噴出直後のスラスト力は,WaveForceとB1owdownForceの合力Fであるが,そのFと初期圧力Poと断面積Sとの関係は飽和水条件ではF/S・Po$$>$$1.0であり,データを包絡する整理式としてはF/S・Po=1.36であった。スラスト力,圧力の過渡変化全体の計算結果と測定結果とを詳細に比較すると,計算結果は単調な変化を示しているのに対し,測定結果はより複雑な波形であり,完全には一致しなかった。この傾向は,特にサブクール水条件で顕著であった。過熱蒸気による試験結果は,定常値および非定常値ともに,既報のガス噴出試験と同様に,測定値とSWAC―11の予測値は一致した。

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