ワイヤスペーサ型燃料ピンのサブチャンネル内流動場に関する試験研究; 3本ピンバンドル体系における流動場の特性

檜山 智之; 相澤 康介; 西村 正弘; 栗原 成計

JAEA-Research 2021-009, 29 Pages, 2021/11

JAEA-Research-2021-009.pdf:2.25MB

ナトリウム冷却高速炉では、実用化に向けて燃料の高燃焼度化が求められている。高燃焼度の燃料集合体はスウェリングや熱的な燃料棒の変形によって局所的に除熱能力が低下することが懸念され、燃料集合体での冷却材流動挙動を予測評価することが重要である。本研究では、現象解明および熱流動解析コード検証用のデータベース構築を目的として、3本ピンバンドル体系の試験体を用いた流動場計測試験を実施した。現象解明の着眼点は、以下の(1)ワイヤスペーサ近傍を含めたサブチャンネル内の全体流況、(2)層流領域を含むレイノルズ数と流動場の関係、(3)ワイヤスペーサの有無が流動場に与える影響評価である。試験の結果、PIV計測によりサブチャンネル内の詳細な流動場データを取得し、3本ピンに囲まれたセンターサブチャンネルにワイヤスペーサが交差する際に隣のサブチャンネルへ逃げる流れとワイヤスペーサの巻き方向に対して追従する流れが生じることが分かった。層流領域のレイノルズ数条件では流速分布の傾向が遷移領域および乱流領域と大きく異なることを確認した。ワイヤスペーサのない体系と比較すると、層流領域においてもワイヤスペーサによるミキシングが生じていることを確認した。

カーボンナノチューブワイヤーを用いたビームプロファイル測定試験,3; リニアック高エネルギー部におけるプロファイル測定

宮尾 智章*; 三浦 昭彦

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1031 - 1034, 2018/08

https://www.pasj.jp/web_publish/pasj2018/proceedings/PDF/THP0/THP079.pdf

J-PARCリニアックでは、ビームロスが少なく、安定したビーム運転を実現するため、ビームプロファイルモニタを用い、ビーム進行方向に対して鉛直な断面のプロファイルを測定して、4極電磁石の調整を行っている。ビームプロファイルの測定には、ワイヤスキャナモニタ(WSM)を使用しており、リニアックの高エネルギー部では、センサ部にタングステンワイヤーを使用している。このワイヤーは、加速したビームと直接相互作用するため、ビーム出力向上する際、より高い耐久性のあるワイヤー材料が必要である。そこで、高い引張強度、電気伝導度を有し、熱的に無酸素状態で3000Cまで耐えられるカーボンナノチューブ(CNT)に着目し、ビーム阻止能が高い3MeVの負水素イオンビームでビームプロファイル測定試験を実施した。この結果、ピークビーム電流30mAにおいて、高い耐久性を持ち、従来の炭素繊維と比較して、より広いダイナミックレンジがあることが確認できた。さらに、ビーム阻止能が低い高エネルギー部にCNT製ワイヤーが適用できるか確認するため、191MeV調整部のWSMにCNT製ワイヤーを適用し、ピークビーム電流40mAでプロファイル測定試験を実施した。本発表では、191MeVにおけるプロファイル測定について、3MeVでの測定結果及びタングステンワイヤーでの測定結果と比較して報告する。

カーボンナノチューブワイヤーを用いたビームプロファイル測定試験

宮尾 智章*; 三浦 昭彦

Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.572 - 576, 2017/12

https://www.pasj.jp/web_publish/pasj2017/proceedings/PDF/TUP0/TUP086.pdf

J-PARCリニアックでは、ビーム電流を増強する計画が進められている。ビーム輸送中のビームロスを抑制し安定な運転を実施するため、ワイヤスキャナモニタ(WSM)を用いてビームの進行方向に鉛直な方向のプロファイルを測定し、4極電磁石の調整を行っている。このWSMの信号検出部であるワイヤについては、大電流ビームからの熱負荷に耐える必要があり、これまで融点の高いタングステンワイヤを使用してきた。さらに高いビーム電流に耐えうる材料として、カーボンナノチューブ(CNT)に注目した。CNTは鋼鉄の100倍以上の引張強度を持ち、銅, 銀などの金属より高い電気伝導度を有し、無酸素状態で3000Cまで耐えられる物質として知られている。そこで、CNTをWSMに適用し、3MeVの負水素イオンビームのビームプロファイル測定を行った。この結果、3MeVのビームラインで使用してきた炭素繊維による測定と同等以上の信号利得があり、測定した結果も同等であることが確認された。

Multi-laser-wire diagnostic for the beam profile measurement of a negative hydrogen ion beam in the J-PARC LINAC

三浦 昭彦; 岡部 晃大; 吉本 政弘; 山根 功*

Proceedings of 5th International Beam Instrumentation Conference (IBIC 2016) (Internet), p.856 - 859, 2017/03

J-PARC LINACでは、複数の加速空洞を用いて、負水素イオンビームを400MeVまで加速し、下流のシンクロトロン(RCS)に供給している。大強度の陽子加速を実現するため、ビーム損失を抑制するビーム調整は非常に重要であり、ビームプロファイルモニタは重要な測定機器の一つである。ビーム電流の上昇に伴い、機器の損傷、運転中の放射線の低減の観点から、ビーム非破壊のレーザプロファイルモニタは有益と考えられる。それに加え、径の異なる一対の凹面鏡を対面させることで、鏡間に複数のレーザーの光路(レーザーワイヤ)を形成することができるため、ビームラインに対して鉛直な方向に移動させるような駆動部を必要としない。レンズによる焦点でビームウエストという光が細くなる部位を、同一直線状に並ぶように光学設計することで、簡素で故障が少なく、加速するビームの1パルスでプロファイルを測定できるモニタシステムが期待できる。本発表では、この新しいマルチレーザワイヤをプロファイルモニタに適用する原理と、ビーム計測のためのシステムについて報告する。

Measurement of void fraction distribution in air-water two-phase flow in a 44 rod bundle

Liu, W.; Jiao, L.; 永武 拓; 柴田 光彦; 小松 正夫*; 高瀬 和之*; 吉田 啓之

Proceedings of 11th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics, Operation and Safety (NUTHOS-11) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2016/10

原子力機構では、福島事故時炉心露出過程を明らかにするため、また、事故時を対象とした炉心内二相流解析の予測精度の向上を目的として、ワイヤーメッシュセンサーを用い、高温高圧条件(2.8MPa, 232C)下でのバンドル内ボイド率データの取得を行っている。試験装置は、99ワイヤーメッシュセンサーを44の模擬バンドル内に、軸方向2カ所に配置したものである。本研究では、製作したワイヤーメッシュセンサーの計測性能を確認するため、空気-水二相流を用いて大気圧室温条件で試験を実施した。製作したワイヤーメッシュセンサー及び計測システムが正しくボイド率を計測できることを確認すると共に、炉心スクラム後を想定した低流量条件でのバンドル内ボイド率分布及び気泡速度・長さに関する知見を得た。

Fabrication of Pt nanoparticle incorporated polymer nanowires by high energy ion and electron beam irradiation

佃 諭志*; 高橋 亮太*; 関 修平*; 杉本 雅樹; 出崎 亮; 吉川 正人; 田中 俊一郎*

Radiation Physics and Chemistry, 118, p.16 - 20, 2016/01

https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2015.05.029

ヘキサクロロ白金(IV)酸を添加したポリビニルピロリドン(PVP)薄膜に高エネルギーイオンビームを照射することによってPVP-Ptナノ粒子ハイブリッドナノワイヤを作製した。一個のイオンを照射するとその飛跡に沿って、PVPの架橋反応とPt の還元反応によるPt粒子の析出が同時に起こるため、現像処理後、基板にPtナノ粒子を包含するPVPナノワイヤを得ることができた。ヘキサクロロ白金(IV)酸の添加量を増加するとナノワイヤの直径が減少し、ナノワイヤの単離が困難となることが明らかになったが、イオン照射後、電子線を照射することによってナノワイヤの直径の制御およびナノワイヤの単離が可能であることを見出した。

Fabrication of enzyme-degradable and size-controlled protein nanowires using single particle nano-fabrication technique

大道 正明*; 麻野 敦資*; 佃 諭志*; 高野 勝昌*; 杉本 雅樹; 佐伯 昭紀*; 酒巻 大輔*; 小野田 晃*; 林 高史*; 関 修平*

Nature Communications (Internet), 5, p.3718_1 - 3718_8, 2014/04

https://doi.org/10.1038/ncomms4718

高分子薄膜に入射するイオンの飛跡に沿って直径ナノオーダーの架橋体を形成し溶媒抽出する方法(SPNT)を、人由来血清アルブミン(HSA)やアビジン等のタンパクに適用した結果、タンパクナノワイヤーの形成が確認できた。得られたタンパクナノワイヤーに、リジン・アルギニン残基のペプチド結合を選択的に切断するトリプシンを用いた加水分解反応を適用したところ、反応時間の経過とともにナノワイヤーの断片化が進行し、反応開始20分で完全に消失した。また、HSAとアビジンの混合物から作製したハイブリッドのナノワイヤーでは、ペルオキシダーゼ活性等の生物学的な性質を示すとが確認できた。これらの結果は、SPNTで作製されたタンパクナノワイヤーはタンパク質の基本構造であるペプチド結合を保持していることを示唆している。このSPNTによる作製技術は、任意のタンパク質分子を大きな比表面積のナノワイヤーに成形し、その表面に機能性を付与する基礎技術として幅広い活用が期待できる。

Anisotropically conducting films consisting of sub-micron copper wires in the ion track membranes of poly(ethylene terephthalate)

前川 康成; 越川 博; 吉田 勝

Polymer, 45(7), p.2291 - 2295, 2004/03

https://doi.org/10.1016/j.polymer.2003.11.011

現在より10倍の密度で銅細線が存在する異方導電性膜の作製を目的に、ポリエチレンテレフタレート(PET)イオン穿孔膜のサブミクロン以下の微細孔に銅細線を析出させることで銅/PET複合膜を作製し、その異方導電性を調べた。PET膜にXeイオンビームを照射後、NaOH水溶液でエッチングして孔径1.9m及び200nmの円筒形穿孔を作製した。穿孔内に硫酸銅水溶液を用いて電気化学的に銅細線を析出させ、PET/銅複合膜を作製した。直径1.9mの銅細線は波状の凹凸があり、直径200nmの銅細線では滑らかな表面を示した。穿孔膜断面の穿孔壁面より、銅細線は穿孔形状に正確に反映して析出されることが示された。4端子抵抗法により複合膜の抵抗を測定し、膜面に垂直な方向について計算値にほぼ等しい導電性が示され、膜面に平行な方向には導電性がないことで異方導電性が示された。

JMTR用高性能燃料要素の設計

桜井 文雄; 島川 聡司; 小森 芳廣; 土橋 敬一郎; 神永 文人*

日本原子力学会誌, 41(1), p.57 - 65, 1999/00

https://doi.org/10.3327/jaesj.41.57

試験・研究炉においては、最近の高度化する利用ニーズ等に対応するため、高ウラン密度燃料材及びCdワイヤ可燃性吸収体を使用する高性能燃料を採取し、炉心性能の向上を図る必要がある。このため、少数群拡散計算法を用いる上記高性能燃料の設計手法を開発した。本報においては、Cdワイヤ入り燃料要素の少数群拡散計算用群定数作成法の開発、臨界実験装置JMTRCを用いた実験による同群定数作成法の検証、同手法を用いてのJMTR用高性能低濃縮燃料要素の設計及び同燃料要素を用いたJMTR炉心の特性試験について報告する。

一般環境におけるラドン・トロンに関する調査環境中トロン濃度に関する研究(II)

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PNC TJ1647 97-001, 131 Pages, 1997/02

PNC-TJ1647-97-001.pdf:2.29MB

この報告では、自然大気中に存在するラドン娘核種の粒径分布、およびエアロゾルに付着していない非付着原子(フリー成分)の測定法について調査した結果を述べた。また、環境中のトロン濃度について、主に放射線防護にかかわる文献をサーベィして、リストとした。さらに、大気中のラドン娘核種の粒径分布について、動燃事業団・人形峠事業所構内において予備的測定を実施し、測定法ならびにデータについて検討した。