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論文

Study on heterogeneous minor actinide loading fast reactor core concepts with improved safety

大釜 和也; 大木 繁夫; 北田 孝典*; 竹田 敏一*

Proceedings of 21st Pacific Basin Nuclear Conference (PBNC 2018) (USB Flash Drive), p.942 - 947, 2018/09

A core concept of minor actinides (MAs) transmutation with improved safety was designed by applying sodium plenum and axially heterogeneous configuration. In this study, heterogeneous MA loading methods were developed for the core concept to explore the potential of further improvement of MA transmutation amount and "effective void reactivity" which was introduced by assuming the axial coolant sodium density change distribution for the unprotected loss of flow accident. By investigating characteristics of heterogeneous cores loading MA in different radial or axial positions, preferable MA loading positions were identified. The core loading MA in the radial position between inner and outer core region attained the largest MA transmutation amount and lowest maximum linear heat rate (MLHR) among heterogeneous cases. The lower region of the core was beneficial to improve the effective void reactivity and MLHR maintaining the nearly same MA transmutation amount as that of the homogeneous core. The radial blanket region was also useful to increased MA transmutation amount without deterioration of the effective void reactivity.

論文

中性子核データ精度向上のための、熱量測定手法を用いたマイナーアクチニドサンプル量高精度決定の技術開発

中尾 太郎; 中村 詔司; 寺田 和司; 木村 敦; 原田 秀郎; 井頭 政之*; 片渕 竜也*; 堀 順一*

JAEA-Conf 2015-003, p.303 - 306, 2016/03

中性子捕獲の断面積測定には測定試料の絶対量が必要であるが、入手する試料は必ずしも絶対量が精度よく決定されていない。そのため、試料の絶対量を非破壊で、高精度に決定する必要がある。本発表では原子力システム研究開発事業「マイナーアクチニドの中性子核データ精度向上に係る研究開発」の一環として、中性子捕獲断面積高精度決定のために、測定試料となるマイナーアクチニドの絶対量を非破壊で測定しうる放出熱測定の計画について、特にRI特有の放射線遮蔽問題の観点から報告する。また、$$^{241}$$Am $$gamma$$線標準線源を用いたベンチマークテスト測定の結果も併せて報告する。

論文

Current activities and future plans for nuclear data measurements at J-PARC

木村 敦; 原田 秀郎; 中村 詔司; 岩本 修; 藤 暢輔; 小泉 光生; 北谷 文人; 古高 和禎; 井頭 政之*; 片渕 竜也*; et al.

European Physical Journal A, 51(12), p.180_1 - 180_8, 2015/12

 パーセンタイル:100(Physics, Nuclear)

In order to improve the data accuracy of neutron-capture cross sections of minor actinides (MAs) and long-lived fission products (LLFPs), a new experimental instrument named "Accurate Neutron-Nucleus Reaction measurement Instrument (ANNRI)" has been constructed in the Materials and Life science experimental Facility (MLF) at the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC), and measurements of neutron-capture cross sections of MAs, LLFPs and some stable isotopes with high intensity pulsed neutrons have been started. The analyses for $$^{244}$$Cm, $$^{246}$$Cm, $$^{241}$$Am and $$^{237}$$Np were finished; those for $$^{129}$$I, $$^{107}$$Pd, $$^{99}$$Tc, $$^{93}$$Zr and some stable isotopes are in progress. These results will make significant contributions in the field of developing innovative nuclear systems.

論文

Accuracy improvement of neutron nuclear data on minor actinides

原田 秀郎; 岩本 修; 岩本 信之; 木村 敦; 寺田 和司; 中尾 太郎; 中村 詔司; 水山 一仁; 井頭 政之*; 片渕 竜也*; et al.

EPJ Web of Conferences (Internet), 93, p.06001_1 - 06001_5, 2015/05

 被引用回数:3 パーセンタイル:10.3

核変換システムによる環境負荷低減効果の定量的評価とその設計に資することを目的に、原子力システム研究開発事業として「マイナーアクチニドの中性子核データ精度向上に係わる研究開発」を平成25年10月より開始した。本研究開発では、高精度化を実現するために、J-PARC/物質・生命科学実験施設の中性子核反応測定装置ANNRIや京都大学原子炉実験所研究炉KUR等を利用するとともに、4つの異なる研究分野である核データ測定・炉物理・放射化学・核データ評価の研究者が相互に協力し、独立手法による測定結果の相互比較を行うことで系統誤差要因の理解を深め、信頼性を高める。本プロジェクト研究の背景、全体計画及び研究進捗を概説する。

論文

マイナーアクチニドの中性子核データ精度向上に係る研究開発

原田 秀郎

核データニュース(インターネット), (109), p.44 - 47, 2014/10

最先端核データ測定装置と位置付けられるANNRIを活用するとともに、核データ測定・炉物理・放射化学・核データ評価の4分野の研究者が相互に協力することにより、従来測定が困難であるため測定誤差が大きい放射性核種(($$^{237}$$Np, $$^{241,243}$$Am, $$^{99}$$Tc, $$^{129}$$I)に対して、各種核変換システムによる環境負荷低減効果の定量的評価とその設計に重要な中性子核データの高精度化を目指し、原子力システム研究開発事業として開始したプロジェクト研究「マイナーアクチニドの中性子核データ精度向上に係わる研究開発」について、研究の背景、ねらい、及び研究計画を解説する。

論文

Design optimization of ADS plant proposed by JAERI

斎藤 滋; 辻本 和文; 菊地 賢司; 倉田 有司; 佐々 敏信; 梅野 誠*; 西原 健司; 水本 元治; 大内 伸夫; 武井 早憲; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 562(2), p.646 - 649, 2006/06

 被引用回数:19 パーセンタイル:16.65(Instruments & Instrumentation)

原研ではオメガ計画の下、高レベル廃棄物中のマイナーアクチニド(MA)を核変換するための加速器駆動システム(ADS)の開発を進めている。原研が提案するADSプラントは、熱出力800MW,鉛ビスマス共晶合金(LBE)冷却のタンク型概念を採用している。未臨界炉心にはMA+Pu窒化物燃料が装荷され、LBEは冷却材と核破砕ターゲットを兼ねている。このADSプラントでは年間約250kgのMAを核変換できる。実効増倍係数は安全性などを考慮し、0.97とした。未臨界炉心の構造に関しては、核破砕ターゲット周りの熱流動解析を行い、定常状態の陽子ビームに対して健全性を確保できる見込みの構造が得られた。同様に過渡状態の陽子ビームに対する構造健全性評価や予備的な事故評価も行った。

論文

Development of the ERIX process for reprocessing spent FBR-MOX fuel; A Study on minor actinides separation process

星 陽崇*; Wei, Y.*; 熊谷 幹郎*; 朝倉 俊英; 森田 泰治

Proceedings of International Conference on Nuclear Energy System for Future Generation and Global Sustainability (GLOBAL 2005) (CD-ROM), 6 Pages, 2005/10

核燃料サイクルの開発において、再処理プロセスの経済性及び効率性の向上は最も重要な課題の一つである。特に将来の高速増殖炉システムの確立には、現行のPurexプロセスに比べコンパクトで放射性廃棄物量の少ない再処理プロセスの開発が強く望まれている。著者らは使用済みFBR-MOX燃料の再処理プロセスとして、新規湿式再処理プロセス「ERIXプロセス」を提案している。本プロセスは(1)陰イオン交換体によるPd除去工程,(2)電解還元による原子価調整工程,(3)陰イオン交換体によるU, Pu, Npの回収工程,(4)マイナーアクチニド分離工程から構成される。本研究ではマイナーアクチニド分離工程について検討した。

論文

Simulation of 4$$pi$$ Ge spectrometer by Geant4

後藤 淳; 菅原 昌彦*; 大島 真澄; 藤 暢輔; 木村 敦; 長 明彦; 小泉 光生; 水本 元治; 大崎 敏郎*; 井頭 政之*; et al.

AIP Conference Proceedings 769, p.788 - 791, 2005/05

マイナーアクチニド(MA)の中性子捕獲断面積は、ADSなどの革新的原子炉の研究開発で高精度な値が必要となる。しかし、現状では誤差が大きいものが多く、またデータ間で矛盾が生じているものもあり、より高精度な測定が望まれている。そこで、われわれは高精度なMA中性子捕獲断面積測定を目指し、全立体角Geスペクトロメータを開発している。全立体角Geスペクトロメータは、30個のGe結晶で測定試料を覆うことで、高効率,高エネルギー分解能で$$gamma$$線を検出する装置である。本研究では、シミュレーションプログラムGEANT4を用いてスペクトロメータのシミュレーションを行った。スペクトロメータに$$gamma$$線を入射させ、$$gamma$$線と物質との相互作用をシミュレーションすることで検出器の応答を調べた。その結果より、本スペクトロメータが15$$sim$$20%の絶対効率(1MeV$$gamma$$線に対して)であることがわかった。

論文

Research and development activities for accelerator driven system at JAERI

辻本 和文; 佐々 敏信; 西原 健司; 大井川 宏之; 高野 秀機*

Proceedings of International Conference on Physics of Fuel Cycles and Advanced Nuclear Systems; Global Developments (PHYSOR 2004) (CD-ROM), 8 Pages, 2004/04

原研では、マイナーアクチニドや長半減期核分裂生成物などの核変換を行うために加速器駆動炉の開発を行っている。炉物理的及び工学的観点から、加速器駆動炉の成立性を評価するために、J-PARC計画において核変換実験施設(TEF)の建設が提案されている。TEFは、核変換物理実験施設(TEF-P)と加速器駆動炉ターゲット試験施設(TEF-T)の2つの実験施設で構成される。TEF-Pは、未臨界状態の臨界集合体に低出力の陽子ビームを導入して、加速器駆動炉の炉物理特性及び制御性の研究を行う施設である。TEF-Tは、溶融鉛ビスマス合金を用いて、材料照射試験と加速器駆動炉ビーム窓の部分モックアップ試験を行う装置である。本論文においては、各実験施設の目的・実験項目・仕様等を述べる。

論文

Neutronics design for lead-bismuth cooled accelerator-driven system for transmutation of minor actinide

辻本 和文; 佐々 敏信; 西原 健司; 大井川 宏之; 高野 秀機

Journal of Nuclear Science and Technology, 41(1), p.21 - 36, 2004/01

 被引用回数:100 パーセンタイル:0.92(Nuclear Science & Technology)

マイナーアクチニド核変換のための鉛-ビスマス冷却加速器駆動炉(ADS)の核設計を行った。ADSのこれまでの研究で、燃焼反応度とピーキング係数が大きいという2つの問題が指摘されていた。この問題を解決するために、設計パラメータがADSの核特性に与える影響を調べた。ここで取り上げた設計パラメータは、初装荷Pu量,核破砕ターゲットと炉心の間へのバッファ領域、及び燃料のゾーン装荷である。パラメータサーベイ計算では、燃焼とリサイクルからなる燃焼サイクルを考慮した。その結果、燃焼反応度は初装荷Pu量に依存することがわかった。さらに、反応度係数を用いて適切な実効増倍率の評価も行った。その結果、提案しているADSに対しては、実効増倍率の最大値を0.97とすることにした。以上の結果から、バッファ領域を設置し、燃料のゾーン装荷を行った新しい炉心概念を提案した。

報告書

Comparison of fission and capture cross sections of minor actinides

中川 庸雄; 岩本 修

JAERI-Data/Code 2002-025, 134 Pages, 2003/01

JAERI-Data-Code-2002-025.pdf:3.48MB

JENDL-3.3に与えられているマイナーアクチニドの核分裂断面積と捕獲断面積を他の評価済みデータ及び実験データと比較した。データを比較した核種は、Th-227,228,229,230,233,234,Pa-231,232,233,U-232,234,236,237,Np-236,237,238,Pu-236,237,238,242,244,Am-241,242,242m,243,Cm-242,243,244,245,246,247及び248の合計32核種である。本レポートでは、これらの核種の断面積図と、0.0253eVにおける断面積及び共鳴積分値の表を示す。

報告書

核変換実験施設の概念検討,3; 核変換物理実験施設の検討

大井川 宏之; 前川 藤夫; 明午 伸一郎; 春日井 好己; 辻本 和文; 西原 健司; 佐々 敏信; 今野 力; 甲斐 哲也; 池田 裕二郎

JAERI-Tech 2002-037, 220 Pages, 2002/03

JAERI-Tech-2002-037.pdf:11.09MB

原研-KEK大強度陽子加速器計画の一環として、加速器駆動未臨界システム(ADS)を用いた核変換技術の炉物理に関する研究開発を目的とした「核変換物理実験施設」の概念を検討した。施設は臨界実験施設として建設するが、未臨界状態で10Wまでの陽子ビームを入射できる構造とした。臨界集合体の仕様,陽子ビームを導入するためのレーザー荷電変換装置,施設の安全性,マイナーアクチニドを用いた実験等の項目について検討を行った。

論文

加速器駆動核変換に向かう実験

大井川 宏之

日本物理学会誌, 56(10), p.749 - 754, 2001/11

原研では長寿命放射性廃棄物の削減を目指した核変換技術の研究開発を行ってきた。大強度陽子加速器プロジェクトにおいては、核変換技術の中心的な役割を担う加速器駆動未臨界システム(ADS)の技術開発を行う。核変換実験施設は、(1)核燃料を用いるが陽子ビーム出力は10W以下である「核変換物理実験施設」と、(2)200kW陽子ビームを用いて鉛・ビスマス溶融合金ターゲットにかかわる工学的な実験を行う「ADSターゲット試験施設」という二つの実験施設によって構成される。施設の概要、実験プログラム,施設建設に向けた取組状況,将来計画等について解説する。

論文

Comparison of the burnup charcteristics and radiotoxicity hazards of rock-like oxide fuel with different types of additives

Shelley, A.*; 秋江 拓志; 高野 秀機; 関本 博*

Journal of Nuclear Science and Technology, 38(2), p.134 - 142, 2001/02

ThO$$_{2}$$,UO$$_{2}$$,あるいはEr$$_{2}$$O$$_{3}$$などの添加物を加えた、兵器級及び原子炉級プルトニウム岩石型酸化物燃料(PuO$$_{2}$$-ZrO$$_{2}$$: ROX)の燃焼特性を、軽水炉燃料セルについて検討した。これらの添加物はROX燃料炉心の反応度係数及び出力ピーキングの改善のため重要である。プルトニウムの核変換特性に及ぼすThO$$_{2}$$の影響は小さい。3種類の添加物とも$$^{243}$$Amと$$^{244}$$Cmの生成量を大きく減少させる効果がある。一方マイナーアクチニド核種でも、$$^{237}$$Npと$$^{241}$$Amの生成量はUO$$_{2}$$あるいはEr$$_{2}$$O$$_{3}$$を添加することにより増加する。Er$$_{2}$$O$$_{3}$$添加物により、さらに長寿命FP核種の$$^{135}$$Csの生成量も増える。これらの結果、使用済み燃料の放射能の毒性は添加物により増加し、特にEr$$_{2}$$O$$_{3}$$添加物の場合はMOX使用済み燃料と同程度あるいはそれ以上となるケースもある。

論文

Radiotoxicity hazard of inert matrix fuels after burning minor actinides in light water reactors

Shelley, A.*; 秋江 拓志; 高野 秀機; 関本 博*

Progress in Nuclear Energy, 38(3-4), p.439 - 442, 2001/02

 被引用回数:6 パーセンタイル:51.53

プルトニウム燃焼のために考えられている2種類のウラン・フリー燃料、岩石型燃料(PuO$$_{2}$$-ZrO$$_{2}$$:ROX)とトリチウム酸化物燃料(PuO$$_{2}$$-ThO$$_{2}$$:TOX)、にマイナー・アクチニドを添加した時の使用済み燃料の放射能毒性を、軽水炉においてMOX燃料と比較して検討した。MAの添加量はROX燃料中の重核+Zrの0.2at.%から1.0at.%とした。それはPWRの出力1GWeあたり約200~1000kgに相当する。1150MWeクラスのPWRで1200日燃焼後の燃料の放射毒性を比べるとROX+MA燃料とTOX+MAやMOX+MAよりも少ない。取り出し後10$$^{4}$$年の時点での毒性は、ROXはTOXの1/3、MOXの1/4であり、10$$^{7}$$年後にはROX+MA燃料はTOX+MAの1/4でMOX+MA燃料の1/20の放射能毒性しか持たない。

論文

Transmutation of long-lived radioactive waste based on double-strata concept

高野 秀機; 西原 健司; 辻本 和文; 佐々 敏信; 大井川 宏之; 滝塚 貴和

Progress in Nuclear Energy, 37(1-4), p.371 - 376, 2000/12

 被引用回数:15 パーセンタイル:27.49

階層型核燃料サイクル概念の特徴を述べ、このサイクルシステムに加速器駆動核変換専用システムを導入することによる、MA消滅特性について示す。階層型の特徴は、第1段階の商用発電炉の形式に依存せずに、そこから発生する高レベル廃液を処理して長寿命核種を核変換処理することである。すなわち、商用サイクルでは、経済性、安全性、資源有効利用を追求でき、第2階層では核変換処理の効率化を追求するものである。ここでは軽水炉が長期に渡って原子力発電の主流を占めるケースと高速炉が2050に導入された場合についても、MA蓄積量と核変換量等のマスバランス、加速器駆動専用システムの導入基数とシステムインベントリ等についての検討結果を示す。

報告書

核変換実験施設の概念検討,1; 核変換物理実験施設の概要

大井川 宏之; 池田 裕二郎; 佐々 敏信; 明午 伸一郎; 高野 秀機; 辻本 和文; 西原 健司

JAERI-Tech 2000-062, 64 Pages, 2000/09

JAERI-Tech-2000-062.pdf:4.25MB

原研-KEK大強度陽子加速器計画の一環として、加速器駆動未臨界システム(ADS)を用いた核変換技術の開発を目的とした「核変換実験施設」の検討を行っている。同施設は「核変換物理実験施設」と「核変換工学実験施設」で構成される。このうち、核変換物理実験施設は、ADSの炉物理上の課題である「核破砕中性子源で駆動される高速未臨界体系の核特性評価」、「加速器駆動ハイブリッドシステムの運転制御性検証」及び「MA及びLLFPの核変換特性評価」を目的とした臨界実験施設である。本報告書は、核変換物理実験施設について、加速器施設から陽子ビームを導入する方法、装置の概略仕様、施設の安全性確保の考え方など、施設検討で最も重要な部分についての検討をまとめたものである。

論文

Parametric studies on plutonium transmutation using uranium-free fuels in light water reactors

Afroza, S.*; 秋江 拓志; 高野 秀機; 関本 博*

Nuclear Technology, 131(2), p.197 - 209, 2000/08

 被引用回数:2 パーセンタイル:78.41(Nuclear Science & Technology)

PuO$$_{2}$$+ZrO$$_{2}$$燃料(岩石型燃料:ROX)とPuO$$_{2}$$-ThO$$_{2}$$燃料を用いた、減速材/燃料体積比(Vm/Vf)が0.5から3.0までの軽水炉におけるPu消滅特性を検討し、MOX燃料と比較した。さらに、マイナーアクチニドや長寿命FP生成量も評価し、使用済燃料の放射性毒性も検討した。岩石型燃料でのPu消滅率は非常に高く、ThO$$_{2}$$型燃料でも良い消滅特性を示すものの核分裂性Pu消滅量の半分程度$$^{233}$$Uが生成する。マイナーアクチニドの生成量はThO$$_{2}$$型燃料で最も小さい。岩石型燃料の使用済燃料中の放射性毒性は、原子取り出し18年後以降ほかの燃料よりも低くなる。

報告書

核燃料サイクルにおける物質収支解析手法の機能拡張

大滝 明; 小野 清; 篠田 佳彦; 辺田 正則*; 久保田 貞衣*; 平尾 和則

JNC-TN9410 2000-006, 74 Pages, 2000/04

JNC-TN9410-2000-006.pdf:3.01MB

核燃料サイクルにおける物質収支を迅速かつ定量的に評価する目的で、サイクル諸量評価コード「FAMILY」の機能拡張、ならびに廃棄物中に含まれるTRUとLLFP(長寿命FP)の蓄積量計算コードの開発などを行った。実施内容は次の通り。(1)MAの収支計算が可能な「FAMILY-MA」を作成した。(2)FAMILYコードのポスト処理ツールを作成した。(3)汎用表計算ソフトを用いてサイクル諸量簡易計算ツールを作成した。(4)廃棄物中のTRU,LLFP蓄積量計算コードを開発した。

報告書

高速実験炉「常陽」照射済MOX燃料中のCmの分析 ‐ 分析技術の開発及び測定 ‐

逢坂 正彦; 小山 真一; 三頭 聡明; 両角 勝文; 滑川 卓志

JNC-TN9400 2000-058, 49 Pages, 2000/04

JNC-TN9400-2000-058.pdf:1.22MB

高速炉におけるMA核種の核変換特性の評価に資するため、照射済MOX燃料中のCm分析技術の開発及び高速実験炉「常陽」照射済MOX燃料中のCm同位体の分析を行った。迅速性・簡便性等を考慮した上で、照射済MOX燃料中のCmの同位体分析において必要なCm分離のための手法として硝酸-メタノール系陰イオン交換法を選択した。本手法の基本的な分離特性を把握する試験を実施し、Cmの溶出位置、Am,Eu等の元素との分離能等を把握した。本手法を照射済MOX燃料中のCm分析に適用するにあたり、分離特性の把握試験の結果より分離条件を評価し、溶出液取得条件を最適化して、それぞれ不純物の除去及びAmの除去を目的とした2回の分離によりCmを回収するプロセスを考案した。本プロセスを適用することにより、Cmの高回収率及びAm、Eu・Cs等の不純物の高除去率を同時に達成することができた。本手法を用いて照射済MOX燃料中からのCmの分離試験を実施し、分離したCmを質量分析することにより、照射済MOX燃料中のCm同位体組成比データの測定が可能であることを確認した。一連の試験により、硝酸-メタノール系陰イオン交換法によるCm分離手法を用いた照射済MOX燃料中のCm分析技術を確立した。本分析技術を用いて高速実験炉「常陽」照射済燃料中のCm同位体の分析を行った。その結果、高速炉内で燃焼度が約60GWd/t以上まで照射されたMOX燃料中のCmの含有率は約1.4$$sim$$4.0$$times$$10のマイナス3乗atom%であり、さらに極微量の247Cmが生成することを確認した。また燃焼度が60$$sim$$120GWd/tの範囲ではCm同位体組成比はほぼ一定となることが分かった。

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