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報告書

高濃度溶解時におけるUO2の溶解挙動評価試験

佐野 雄一; 新井 健太郎*; 桜井 孝二*; 柴田 淳広*; 野村 和則*; 青嶋 厚*

JNC-TN8400 2000-032, 98 Pages, 2000/12

JNC-TN8400-2000-032.pdf:1.94MB

再処理プロセスへの晶析工程の導入時に必要となる高濃度U溶液の調製、さらにはその際の有効な手法の一つである粉体化燃料を対称とした溶解に関連し、U濃度が最大800g/Lまでの領域におけるUO2粉末の溶解挙動を明らかとすることを目的として、溶解挙動に及ぼす最終U濃度、溶解温度、初期硝酸濃度、粉末粒径及び燃料形態の影響について評価を行った。また、得られた結果をもとに高濃度溶解時における照射済MOX燃料の溶解挙動について評価を行い、晶析工程への高HM濃度溶液供給の可能性について検討を行った。試験の結果、最終U濃度、粉末粒径の増大及び溶解温度、初期硝酸濃度の減少に伴う溶解性の低下が認められた。さらに、UO2粉末及びUO2ペレットの高濃度溶解時においても、最終U濃度が溶解度に対して十分低い(U濃度/溶解度$$<$$約0.8)溶解条件下では、fragmentationモデルに基づいた既報の評価式によりその溶解挙動の予測が可能であることを確認した。晶析工程への高HM濃度溶液(500g/L$$sim$$)供給の可能性については、従来の燃料剪断片を用いた溶解では、高HM濃度の溶液を得ることが困難(溶解時間が大幅に増加する)であるが、燃料を粉体化することにより速やかに高HM濃度溶液を得ることができるとの見通しを得た。粉体化した燃料の溶解時に懸念される溶解初期のオフガスの急激な発生は溶解条件を考慮することによりある程度回避できるものと考えられ、今後オスガス処理工程の最大処理能力を踏まえた上で溶解条件の最適化を進めることが重要となる。

報告書

もんじゅ燃料ペレットの品質管理について

梶山 登司; 松崎 壮晃

JNC-TN8410 2000-015, 7 Pages, 2000/10

JNC-TN8410-2000-015.pdf:0.09MB

1999年9月に英国原子燃料会社(BNFL)のセラフィールド工場でMOX燃料ペレットの寸法検査データ不正問題が発生した。本資料は当該事象に艦み、JNC東海事業所プルトニウム燃料センター(第三開発室)における燃料ペレット品質管理体制について、その概要を取りまとめたものである。

報告書

高速炉用炭・窒化物燃料の照射後試験 - 燃料ピンの非破壊試験結果 -

勝山 幸三; 永峯 剛; 前田 宏治; 松元 愼一郎

JNC-TN9410 2000-009, 65 Pages, 2000/09

JNC-TN9410-2000-009.pdf:4.36MB

日本国内初の高速炉(実験炉「常陽」)を用いたウラン・プルトニウム混合炭・窒化物燃料(以下 炭・窒化物燃料)の照射試験は、高速炉における照射挙動及び燃料ピンの健全性を確認し、新型燃料の評価に資するために実施した。本研究では炭化物燃料ピン1本、窒化物燃料ピン2本を最大燃焼度約40GWd/tまで照射した。炭・窒化物燃料の非破壊照射後試験は大洗工学センター照射燃料集合体試験施設において平成11年10月から開始し、平成12年3月に終了した。本報告書は炭・窒化物燃料の非破壊照射後試験結果について報告するものである。主な結果を以下に示す。(1)照射後非破壊試験結果から炭・窒化物燃料ピンの健全性を確認した。(2)炭・窒化物燃料のスタック伸び率は、高速炉用MOX燃料のそれよりも大きく、これは燃料スエリング挙動の違いに起因している現象と予測される。(3)炭・窒化物燃料のスタック部の$$gamma$$線強度分布に特異な挙動は確認されなかった。窒化物燃料では下部熱遮蔽ペレット部及び燃料ペレット外周部へのCs137の移動挙動に差異が認められた。炭化物燃料では明確なCs137の移動は確認されなかった。(4)燃料ピン寸法測定から直径ギャップ幅の小さい炭化物燃料及び窒化物燃料ではスタック部にFCMIに起因すると予測される50$$mu$$m前後の外径増加が確認された。一方、直径ギャップ幅の大きい窒化物燃料ではペレットのリロケーションに伴うと予測される比較的顕著なオーバリティが観察された。(5)窒化物燃料のFPガス放出率は3.3%と5.2%を示し、高速炉用MOX燃料と比較すると低い値であった。

報告書

模擬燃焼燃料を用いた高燃焼度燃料の熱物性及び機械的物質に関する基礎的研究(II) ‐ 先行基礎工学分野に関する平成11年度報告書(中間報告) ‐

山中 伸介*; 宇埜 正美*; 黒崎 健*; 山本 一也; 滑川 卓志

JNC-TY9400 2000-011, 41 Pages, 2000/03

JNC-TY9400-2000-011.pdf:1.28MB

高燃焼度時における高速炉用MOX燃料の熱物性および機械的性質を評価するための基礎的研究を実施し、以下の結果を得た。高燃焼度時に高速炉用MOX燃料中に生成する核分裂生成物(Fission Product;FP)からなるFP析出相として、FPとアクチニド元素との複合酸化物相を取り上げその基礎物性測定を実施した。酸化物相のうちペロブスカイト型BaUO3の熱伝導率はUO2に比べ約一桁小さい値となり、燃料ペレット全体の熱伝導率を減少させる可能性があることを確認した。またBaUO3の弾性定数はUO2の弾性定数の約30%程度であることが判った。このことから燃焼が進み酸化物相が燃料母材中に析出した場合、特に偏析した場合は、燃料ペレット全体としての応力状態が不均一になり機械的特性が低下する可能性があることが判った。また、燃料母材中に固溶する元素が燃料の物性に及ぼす影響を調査するために分子動力学法(Molecular Dynamics;MD)を用いた物性予測を実施した。計算結果と昨年度実施した実験結果との間で妥当な一致が見られ、分子動力学法がMOX燃料の物性を評価する上で重要なツールと成り得ることが確認できた。

報告書

窒化物燃料の照射挙動および設計評価用モデルに関する調査・検討

井上 賢紀; 鵜飼 重治; 浅賀 健男

JNC-TN9400 2000-041, 29 Pages, 2000/03

JNC-TN9400-2000-041.pdf:1.18MB

実用化戦略調査研究における窒化物燃料オプションの実現性評価に資するため、窒化物燃料の照射挙動および設計評価用モデルに関する調査・検討を行った。(1)燃料ピン機械設計評価(CDF評価)への反映被覆管のクリープ寿命分数和の評価には、内圧変化(FPガス放出率)と被覆管減肉挙動(FCCI挙動)に関する情報が必要である。また、窒化物燃料は酸化物燃料に比較してFPガス放出率をかなり小さく抑えられる可能性があることが指摘されており、プレナム長さの低減による炉心燃料集合体の短尺化の可能性もある。そこで、窒化物燃料のFPガス放出挙動とFCCI挙動に関する過去の報告例を整理し、実績範囲を明確化するとともに、高燃焼度領域までの予測評価を行った。(2)燃料ピン仕様選定への反映燃料体積率向上の観点からはより高い燃料スミア密度の燃料ピン仕様が望まれるが、窒化物燃料は酸化物燃料に比較して燃料スエリングが大きく、FCMI挙動の観点からスミア密度には上限値(許容燃料スミア密度)が存在すると考えられる。そこで、窒化物燃料の燃料スエリング挙動に関する過去の報告例を整理し、実績範囲を明確化するとともに、高燃焼度領域に対する予測評価を行った。(3)水冷却オプション特有の問題に関する調査軽水炉あるいは超臨界圧水炉を発展させた高速炉概念に関連し、窒化物燃料と高温水との共存性に関する過去の報告例を整理した。

報告書

多様な高速炉炉心のための核特性解析手法の研究

山本 敏久*; 北田 孝典*; 田川 明広*; 丸山 学*; 竹田 敏一*

JNC-TJ9400 2000-006, 272 Pages, 2000/02

JNC-TJ9400-2000-006.pdf:9.69MB

多様な高速炉炉心の核特性に対する解析予測精度の向上を目的として、以下の3つの項目について検討を行った。第1部高速炉心の中性子スペクトルの誤差評価と計算精度向上策の検討高速実験炉「常陽」で用いられているスペクトルアンフォールディング法の精度を向上するため、初期推定スペクトル誤差を詳細に分析し、各々の誤差の大きさを定量的に評価するとともに、各誤差を積み上げることによって、より合理的な初期推定スペクトル誤差を評価することを試みた。検討の結果、初期推定スペクトル誤差に起因する誤差は相対的に小さく、断面積誤差に起因する誤差がほとんどであることがわかった。また、核分裂スペクトルの影響によって、数MeV以上の高速中性子束に無視できない量の誤差を生じることがわかった。第2部ガス冷却高速炉の解析手法に関する検討ガス冷却高速炉では、通常のNa冷却炉に比べて、冷却材チャンネルが体積割合に占める比率が大きく、顕著な中性子ストリーミング効果が現れることが予想される。一方、Na冷却炉用に提唱されている既存の手法では、冷却材チャンネルと平行な方向の拡散係数が無限大となり、そのまま適用することができない。本研究では、Kohlerが提唱した軸方向バックリングを考慮した方向依存拡散係数の概念を拡張し、ガス冷却炉でも正確に中性子ストリーミング効果が評価できる手法の検討を行った。第3部水冷却高速炉の解析手法に関する検討低減速の水冷却炉に対して、解析手法の違いによりどの程度計算結果に影響が現れるかについて検討を行った。軽水炉においては、燃料ペレット中の重核種の自己遮蔽効果が強い空間依存性を持つことが知られており、燃料ペレットを複数の領域に分割して評価する手法が用いられている。水冷却高速炉においても、冷却材として水を使用する以上、同様の問題が現れる可能性がある。検討の結果、燃料ペレット中の重核種の自己遮蔽効果の空間依存性は小さく、燃料領域を1領域として扱っても、臨界性、転換比ともに解析精度には問題が出ないことが確認された。

報告書

高速炉用混合酸化物燃料の溶融限界線出力評価 - 「常陽」PTM-2試験に関する照射後試験技術開発と試験結果の評価 -

山本 一也; 櫛田 尚也; 小泉 敦裕

JNC-TN9400 2000-029, 87 Pages, 1999/11

JNC-TN9400-2000-029.pdf:5.11MB

「常陽」における燃料溶融限界線出力試験(PTM:Power-To-Melt試験)であるPTM-2試験に供せられた試験体B5D-2の試験燃料ピン24本について,燃料溶融限界線出力評価に資するために照射後燃料の試験方法を確立し,その試験結果の妥当性評価を実施した。本研究により,以下の結果が得られた。・試験によって確認されたB5D-2の線出力ピーク部位における最大燃料溶融割合は10.7%で,「常陽」PTM試験の最大燃料溶融割合制限値20%の約半分であった。線出力ピーク部位以外の部位において最大の燃料溶融割合が認められ,11.8%に達していたが,これは溶融燃料が移動し,二次溶融が発生したものと考えられる。・PTM試験評価において決め手となる燃料溶融境界の判定は,基本的に金相組織観察によって可能であるが,金相組織だけでは判別の困難なケースでは,X線マイクロアナライザーによるPu分布分析を組合せて評価することが非常に有効である。・燃料溶融境界における線出力値に与える燃料ペレット密度の効果は過去の報告よりも大きいことが示唆されたが,燃料ペレット-被覆管ギャップやO/M比の依存性については明確には認められなかった。さらに,被覆管内面温度の影響やタグガスの影響についても本試験では認められなかった。

報告書

燃料製造機器試験室における試作機による試験報告書

三島 毅; 郡司 保利; 菊野 浩; 岡本 成利; 村上 隆; 佐藤 俊一

JNC-TN8410 98-007, 201 Pages, 1998/11

JNC-TN8410-98-007.pdf:30.03MB

プルトニウム燃料加工施設(以下「Pu-3ATRライン」と言う。)については、平成2年度までに実施してきた設計及びプルトニウム燃料第三開発室FBRラインの運転経験に基づく知見を踏まえて、平成4年度Kら5年度にかけて調整設計を実施し、設備製作発注に備えることとしていた。この調整設計においては、ペレット製造工程設備の処理能力及び性能の向上を図るため、これまでに動燃事業団として実績のない(1)ロータリープレス機、(2)大型バッチ式焼結炉、(3)大型乾式研削設備に着いて試作機による確認試験を実施し、Pu-3ATRライン設備の製作設計に反映する予定としていた。これらの設備については、燃料製造機器試験室に据え付け、平成7年4月のプルトニウム燃料工場技術評価検討会にて承認された「燃料製造機器試験室における試作機による試験計画書」(焼結設備の試験は除く)を基本として、模擬原料及びウラン原料粉末を用いて性能、メンテナンス性及びホールドアップ対策確認等の観点から試験を実施した。なお、焼結設備については、運転上の安全性及びメンテナンス性の観点から試験の中止を技術評価検討会の了承を得たものの、プルトニウム燃料工場燃料製造施設建設室の判断にて可能な範囲で試験を実施した。本報告書は、コールド試験結果と一部実施したウラン試験の結果についてまとめたものであり、大型バッチ式焼結炉については導入が不可能であるものの、ロータリープレス機及び研削設備については、課題は残っているもののMOXを使用した試験により性能を確認した上で導入を図るべきとの結論に至った。

報告書

混合酸化物燃料ペレット製造工程の電気炉設備における火災爆発に対する安全性評価

青木 義一; 久芳 明慈

PNC-TN8470 97-003, 55 Pages, 1997/11

PNC-TN8470-97-003.pdf:1.85MB

混合酸化物燃料ペレット製造工程において、火災・爆発が最も心配される工程は電気炉で焼結・焙焼還元を行う工程である。この理由は、ペレット等の処理に火災・爆発の可能性を有する水素ガスを焼結ガス(あるいは還元ガス)として用いていることによる。水素を含む焼結ガスの安全性については、施設の使用許可申請時点で既に検討されているが、本報では、最新の研究結果等の知見も取り入れ、その安全性を再検討し、電気炉及び電気炉を設置するグローブボックス等における水素濃度等の管理値の設定根拠を明確にした。なお、火災・爆発防止に対する安全を確保するために必要な水素濃度等の測定項目以外に、電気炉部材、ペレットの保護のため、自主的に露点等を測定する場合の管理値の根拠も併せて検討した。また、電気炉からグローブボックス内に排気される焼結ガスの挙動をシミュレーションにより明らかにし、電気炉設備を設計・製作する際、火災・爆発防止の観点で考慮すべき事項を明確とした。なお、本報の第2章は、製造課FBRグループ及びARTグループの各第3班の班員数育用資料を改編したものである。

報告書

「常陽」MK-II制御棒の開発と使用実績の評価

宮川 俊一; 高津戸 裕司; 曾我 知則

PNC-TN9410 97-068, 113 Pages, 1997/07

PNC-TN9410-97-068.pdf:3.97MB

「常陽」MKII制御棒は、当初の設計から約20年経過した現在までに、44体の制御棒が主として寿命延長を目的とした種々の改良を経て製作され、このうち34体がその使用を終え、そのうちの16体の照射後試験(以下PIE)がほぼ完了している。これらの使用実績とPIE結果に基づく評価から、次のような知見が得られた。(1)「常陽」MK-I制御棒は密封型であったため、制御棒の寿命はBの10乗の(n,$$alpha$$)反応によって制御棒要素内に蓄積するHeガスの圧力のために短く制限されていた。このためMKII炉心用の制御棒では、Heガスの制御棒要素外排出が可能で簡素な構造のダイビングベル方式のベント型を採用し、その有効性と信頼性を確認した。(2)MKII炉心では6本の制御棒全てにスクラム機能と出力抑制機能を持たせた設計としたため、地震時のスクラム機能確保と流力振動による炉出力振動防止の両立が必要になった。その解決策として、制御棒の下部に流力振動防止用の突起状の流力振動防止機構を設け、さらに突起の段数や形状を改良し、それらの両立性を確認した。(3)スクラム緩衝機構である制御棒下端部のダッシュラムは、原子炉運転中はほぼ炉心中心面に位置して高速中性子の照射量が非常に大きく、ダッシュラムのスエリングによる下部案内管の同緩衝機構の受け側との干渉が問題となった。これを解決するため、ダッシュラムの構造を中空として20%冷間加工を施す等の耐スエリング対策を確立し、長期使用条件下におけるスクラム緩衝機構での干渉の課題を克服した。(4)中性子吸収体(B4Cペレット)と被覆管との機械的相互作用(Absorber-Cladding-Mechanical-Interaction:以下ACMIと称す)は、制御棒の寿命制限因子として現在も世界的に最も注目されているテーマである。「常陽」制御棒の使用実績とPIEの評価によって、ACMIはB4Cペレット破片の再配置(リロケーション)により加速されること、それによるACMIの開始燃焼度は5$$sim$$45$$times$$10の26乗cap/m3乗と大きくばらつくことなどのメカニズムの詳細を把握し、より合理的な設計基準を明らかにすることができた。この設計基準に従い、従来型の制御棒の経験的な燃焼度管理法の妥当性、リロケーション防止の簡易対策(シュラウド管つきHeボンド型制御棒)の効果、さらにACMI吸収のため

報告書

MOXペレットの焼結挙動解明試験(2) Pu富化度30W/O混合酸化物ペレットの焼結挙動に及ぼす予備焼成雰囲気の影響

成田 大祐; 大代 操; 吉田 真之*; 小幡 真一; 関 正之; 檜山 敏明; 上村 勝一郎

PNC-TN8410 97-045, 28 Pages, 1997/03

PNC-TN8410-97-045.pdf:4.92MB

本試験は、予備焼成雰囲気としてAr-5%H2、N2及びCO2ガスを用い、ステアリン酸亜鉛及びアビセルを添加したPu富化度30wt.%混合酸化物燃料ペレットの予備焼成時の脱炭効果、またそれが焼結挙動に及ぼす影響を調べたものである。実施した試験の結果から、以下のことが結論として言える。(1)Ar-5%H2、N2及びCO2ガス雰囲気中における予備焼成時の炭素の脱離はペレットから分離・放出された酸素及び雰囲気中の不純物酸素との間で生じるC+1/202=CO反応が主として寄与するものと考えられる。従って、脱炭効果はペレットのO/Mが高く、雰囲気の酸素ポテンシャルが高いほど大きくなると推定される。(2)ステアリン酸亜鉛及びアビセルを添加した場合の焼結密度は、CO2ガスの方が炭素の脱離が十分進むため相対的に高くなるが、Ar-5%H2ガス予備焼結ペレットでは残存炭素の影響により低くなる。(3)ステアリン酸亜鉛のみ添加し、CO2ガス雰囲気で予備焼成したペレットの焼結密度は、原料粉末粒子の凝集強度及び粒子形状に起因し、低くなる場合と高くなる場合がある。(4)予備焼成雰囲気としてCO2ガスを使用する場合は、試料皿(Mo)との間でMo+2CO2=MoO2+2CO反応によるMo皿の酸化が起こるため、それに留意する必要がある。

報告書

先進的湿式プラントの設計研究(II) (3)遠隔自動化燃料製造技術調査

佐藤 健次*

PNC-TJ8005 97-001, 122 Pages, 1997/03

PNC-TJ8005-97-001.pdf:32.41MB

先進的湿式プラントは、高速炉燃料サイクルコストの大幅な低減を目指したプラントであり、ゲル化転換、振動充填燃料方式による酸化物粒子燃料の製造を行う一体型燃料リサイクルプラントである。本設計研究では'95年度の設計研究成果を踏まえ、更に最適化したプラント概念を構築するため'、下記の評価・検討を実施した。(1)粒子粒径分布を2成分系より3成分系とした場合の影響評価(2)ブランケット燃料を粒子燃料(振動充填燃料)より簡素化ウランペレット(未研磨ペレット)とした場合の影響評価(3)各設備をモジュール化及び密閉化した場合の概念設計及び評価その結果(1)3成分系は、最小粒子の粒径が被覆管内径に比べて極めて小さい場合有効である。(2)製造法の開発及び燃料仕様の変更は必要であるが、簡素化ウランペレットを採用することにより、ブランケット燃料の製造工程を大幅に簡素化することができる。(3)装置のモジュール化及びバッチ処理を行うことにより、大幅に設置面積を減らすことができる。ことが判った。

報告書

先進的核燃料リサイクルシステムの設計研究(溶融塩を用いたリサイクルシステムの概念検討)

掛樋 勲; 波多野 守; 米澤 重晃; 河村 文雄; 白井 信行; 梶谷 幹男; 川合 努

PNC-TN9410 97-015, 382 Pages, 1996/12

PNC-TN9410-97-015.pdf:12.32MB

社会の多様なニ-ズに対応できる技術の可能性を追求する先進的核燃料リサイクルシステムを構築することを目的として設計研究を行っている。本報告書は、先進的核燃料リサイクルシステムの概念検討について、経過報告をまとめたものである。概念検討では、先進的核燃料リサイクルシステムの概念構築とシステム構築に必要な研究開発課題を検討している。システムの基本となる概念は、従来のPUREX再処理法、ペレット加工法の概念を脱却する溶融塩を用いたリサイクルシステムである。検討した内容は、主に以下のことである。1)窒化物プロセス(Cd陰極法利用の成立性) 2)低融点溶融塩(ALCL3+有機塩の適用性) 3)脱被覆法(乾式熱処理法の利点) 4)電解中核種挙動(ヨウ素の挙動、FP塩化物の揮発性、塩素化・電解中の核種挙動) 5)溶融塩電解槽の臨界計算 6)オフガス処理系統図の作成 7)機器概念図の作成(カソードプロセッサ、振動充填) 8)高レベル廃棄物量の算定 9)燃料の品質(リサイクル燃料のFP混入量) 10)ロボットハンドリングシステムの概念検討 11)先進的核燃料リサイクルシステムの意義についてまとめた。今後、システム概念の提案、研究開発課題の摘出、実行プログラム(案)の作成を行ってまとめる予定である。

報告書

MAタ-ゲット燃料に関する研究 不活性母材及び模擬タ-ゲット燃料の試作・評価

加藤 正人; 上村 勝一郎; 高橋 邦明

PNC-TN8410 96-247, 97 Pages, 1996/08

PNC-TN8410-96-247.pdf:40.8MB

先進燃料の一つに、マイナーアクチナイドを消滅する燃料としてターゲット燃料が考えられている。ターゲット燃料は、それ自身の発熱による発電を目的としていないことから、燃料にマイナーアクチナイド以外の核分裂性物質を含む必要はなく、酸化物、窒化物、金属など様々なタイプの燃料が考えられる。本研究は、ターゲット燃料及びその不活性母材としての材料科学の基礎研究のひとつとして、代表的な化合物をサーベイし、不活性母材及びターゲット候補材の選定、及び試作材のキャラクタリゼーションを行った。不活性母材の試験を行うにあたり、各特性の調査を行った。調査は、(1)Puを含む酸化物、窒化物及び金属燃料、(2)Amを含む複合金属酸化物、(3)酸化物及び窒化物の熱特性、(4)全元素の高速中性子断面積について行った。調査結果をもとにスクリーニングを行い、不活性母材として酸化物及び窒化物、模擬ターゲット燃料として分散型、固溶型及び化合物型について選定した。また、Amの代わりの模擬材として、電子状態、イオン半径が似た元素であり、同じ結晶構造の酸化物を形成するNd2O3及びCeO2を選んだ。不活性母材として、Al2O3、MgO、MgAl2O4、ZrN、TiN、AlNを、模擬ターゲットとしてAl2O3-Nd2O3、MgO-Nd2O3、MgAl2O4-Nd2O3、Al2O3-CeO2、MgO-CeO2、MgAl2O4-CeO2、ZrO2-Nd2O3、Y2O3-Nd2O3、V2O3-Nd2O3を選定した。これら15種類の物質について実際に試作し、外観観察、密度測定、光学顕微鏡観察、EPMA分析、X線回折測定、熱伝導率測定、3点曲げ試験、硝酸中溶解試験、Na反応試験を実施し、各燃料形態について評価検討を行い、各燃料形態の特徴を整理し、Pu燃焼燃料についても評価した。Amターゲット燃料の形態を考えると、窒化物が熱特性の点から優れた材料であると言える。酸 化物系は、分散型は照射挙動上の問題と不活性母材選択の導率の低下とAm含有率を低くする必要があること、そして、化合物型は物質探索の必要があるなどの問題があり、いずれもターゲット燃料としては充分な材料を得ることはできなかった。Pu燃焼の燃料形態は、現在の湿式再処理をすることを考えるのであれば、PuO2が不溶解であることから、分散型の酸化物燃料はその適用が難しいと思われる

報告書

高速増殖原型炉もんじゅ初装荷炉心燃料集合体に係る集合体構成品報告書

丸石 芳宏; 本橋 幸一; 平野 広三郎; 長洲 邦男

PNC-TN8440 96-034, 109 Pages, 1996/07

PNC-TN8440-96-034.pdf:5.61MB

高速増殖原型炉もんじゅ初装荷炉心燃料集合体200体(内側109体,外側91体)の製造は、平成元年10月から平成6年1月迄に行われた。本書では、燃料集合体を構成する主要部品(炉心燃料ペレット、軸方向ブランケット燃料ペレット、被ふく管、端栓(上部・下部)、ワイヤスペーサ、エントランスノズル組立品、ハンドリングヘッド付ラッパ管、燃料要素、タグガスカプセル)のロット番号又は燃料要素においては製品番号を各集合体毎に一覧表に示し、各集合体の主要構成部品のトレーサビリティ(追跡性)を確保することを目的としている。本書に記載されていない寸法・分析値などの品質データについては、検査成績書番号から検索可能である。

報告書

FBR用中空ペレット製造技術開発(5)中空ペレット成形用金型の開発(III)中空コアロッド材料の磨耗試験結果

野上 嘉能; 小幡 真一; 上村 勝一郎

PNC-TN8410 96-218, 216 Pages, 1996/07

PNC-TN8410-96-218.pdf:9.27MB

(目的と概要)FBR燃料用中空ペレット製造技術開発課題の一つに中空コアロッド材料の長寿命化がある。本報告書は、成形時における中空コアロッドの摩耗形態を模擬した試験機(ピンオンディスク式摩耗試験機)を用いて、試験片の加圧力、MOX圧粉体模擬材の硬さを因子として、中空コアロッド候補材料の耐摩耗性の比較と実用上の性能基準との比較評価を行った結果に関するものである。(結果)(1)中空コアロッド候補材料の寸法減量から見た耐摩耗性の優劣は、次の通り。(劣)SKH51$$<$$GH880R$$<$$AF1≒GA30(優)なお期待値を満足するのは、GA30-溶融シリカ-30kgf/cm2の条件のみであった。(2)中空コアロッド候補材料の表面粗さから見た耐摩 耗性の優劣は、次の通り。(劣)GH880R$$<$$SKH51$$<$$GA30≒1(優)なお全ての条件で期待値を満足した。(3)面圧が高いほど、またディスクが固い方が、ピンの寸法減量(換算値)が多い。(4)もんじゅ取替燃料製造実績から、金型寿命は20ロット程度(成形回数42万回、摺動距離8,400mに相当)であれば十分であると思われるこの条件を満足するのは、AF1-溶融シリカ-70kgf/cm2及び30kgf/cm2、AF1-カーボンセラミックス-110kgf/cm2、GA30-溶融シリカ-30kgf/cm2、GA30-カーボンセラミックス-110kgf/cm2、GH880R-溶融シリカ-30kgf/cm2であった。本報告書は、動力炉・核燃料開発事業団が住友金属テクノロジー株式会社に委託して実施した研究の成果を元に、本試験に至る経緯、試験の評価基準、動力炉・核燃料開発事業団としての考察、まとめ及び今後の課題について加筆したものである。

報告書

FBR用中空ペレット製造技術開発(4)基礎技術開発成果の中間報告

野上 嘉能; 飯村 直人; 宮本 寛; 小幡 真一; 上村 勝一郎

PNC-TN8410 96-214, 36 Pages, 1996/07

PNC-TN8410-96-214.pdf:1.44MB

FBR用中空ペレットは、FBRの炉心性能の高度化を目指して開発されている。動燃では、照射試験燃料としての中空ペレット製造経験を有しているものの、ドライバー燃料規模の量産経験が無い。中実ペレット製造法と異なるのは、成形時に中空コアロッドが必要となる点であり、この点を中心とした製造技術開発が求められている。プル開室においては、関係各部との調整の上、全体計画に沿った基礎技術開発基本計画(平成5年10月PNCZN841093-216)を策定し、今日までこれに沿った中空ペレット製造基礎技術開発を推進してきた。平成7年10月の「報告と講演の会」で燃料の太径化及び高線出力化による原子炉の「経済性と信頼性」向上を図る旨の報告がなされたことを契機として、MOX燃料高度化計画全体の中での中空ペレット製造技術開発計画の策定の動きが活発になってきている。プル開室においてもPu規格外品の再確定作業以降の計画立案上、現在の到達点を明らかにしておく必要があると判断した。これらの理由から、これまでプル開室で実施してきた中空ペレット製造技術開発の経過、実績及び得られた知見について整理し報告するものである。現在のところ、成形設備に用いられる中空コアロッドの開発はほぼ終了し実規模量産試験に供するところまで来たが、製造技術及び物性評価についてはUO2での造粒試験を実施した所までである。中空ペレット量産化のために、今後プル工場において実規模UO2、MOX中空ペレット量産試験を実施していくが、これと残された基礎試験(中空ペレットを製造する上で最適な造粒、成形、焼結条件の把握及び、粉末流動性評価手法の最適化など)を実施していく必要がある。

報告書

ハルデン炉照射試験用燃料要素(IFA-590)製造報告書

飯村 直人; 小幡 真一; 野上 嘉能; 豊島 光男; 関 正之; 深川 節男; 大内 隆雄

PNC-TN8410 96-198, 224 Pages, 1996/06

PNC-TN8410-96-198.pdf:11.86MB

水炉用MOX燃料の高燃焼度化(燃焼初期の出力ピーク低減及び燃焼中の出力変化低減)を達成する方策として有効な、ガドリニア添加MOX燃料の照射挙動及び健全性評価を目的に、ノルウェーのハルデン炉で行う照射試験用燃料要素24本を製造した。製造した燃料要素はMOX及びUO2燃料であり、MOX燃料要素20本は、中空ペレットスタックの中空部にガドリニア棒を挿入したDuplexタイプ燃料(8本)、燃料中心温度測定を行うための計装を取り付けた中空ペレットタイプ燃料(7本)及び中実ペレットタイプ燃料(5本)である。また、UO2燃料要素4本は、全て中空ペレットスタックの中空部にガドリニア棒を挿入したDuplexタイプ燃料である。その他の燃料仕様パラメータにはペレット・被覆管ギャップ幅(=ペレット・外径3水準)、ガドリニア棒の組成及び外径(=中空ペレット内径・2水準)がある。尚、燃料ペレットの形状は、中空ペレットはチャンファ付、中実ペレットはディシュ・チンファ付である。各燃料要素の上部プレナム部には、プレナムスプリングが配されており、各種の計装付き端栓を取り付けた後に5kg/cm2・aの圧力でヘリウムを封入し、溶接密封した構造となっている。本報告書は、製造時及び品質検査時の詳細なデータ(サーベランスデータ)を収録したものである。

報告書

「常陽」照射試験用ウラン・プルトニウム混合炭化物及び窒化物燃料ピンの製作

荒井 康夫; 岩井 孝; 笹山 龍雄; 岡本 芳浩; 塩沢 憲一; 鈴木 康文

JAERI-Research 96-009, 17 Pages, 1996/02

JAERI-Research-96-009.pdf:1.09MB

原研-動燃共同研究「高速炉用炭・窒化物燃料の基礎照射試験」に基づき、高速実験炉「常陽」で照射試験を行うためのウラン・プルトニウム混合炭化物燃料ピン1本及び混合窒化物燃料ピン2本を製作した。本報告書は、共同研究の中で、燃料ピンの設計、燃料ペレットの製造、燃料ピンの製作等において、原研が主に担当してきた項目について結果を整理したものである。

論文

核融合炉工学技術の開発と展望

太田 充

日本機械学会誌, 98(922), p.759 - 761, 1995/09

日本機械学会誌に特集テーマ「21世紀に向けての新しいエネルギ開発」の一つとして核融合炉技術の開発と展望を投稿する。トカマク型核融合炉とレーザ核融合炉の技術課題のうち構造、材料、除熱、燃料ペレットなど機械工学に関係の深い分野に焦点を絞って開発の現状と展望を述べる。

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