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論文

Comparative methodology between actual RCCS and downscaled heat-removal test facility

高松 邦吉; 松元 達也*; Liu, W.*; 守田 幸路*

Annals of Nuclear Energy, 133, p.830 - 836, 2019/11

輻射及び自然対流による受動的安全性を持つ革新的な原子炉圧力容器冷却設備(RCCS)を提案した。このRCCSは、連続した2つの閉空間(RPV周囲にある圧力容器室、大気と熱交換を行う冷却室)から構成される。また、RPVからの放出熱を、できるだけ輻射を用いて効率的に除去するため、今までに無い新しい形状を採用している。さらに、崩壊熱除去を行う際、作動流体及び最終ヒートシンクとして空気を用いることで、それらを失う可能性が大幅に低減される。そこで、本冷却設備の優れた除熱性能を示すために、等倍縮小した除熱試験装置を製作し、実験を開始した。本研究では、実機のRCCSと等倍縮小した除熱試験装置を比較する方法を提案する。

論文

Thermophysical properties of molten stainless steel containing 5mass%B$$_{4}$$C

福山 博之*; 東 英生*; 山野 秀将

Nuclear Technology, 205(9), p.1154 - 1163, 2019/09

316Lステンレス鋼溶融物(SS316L)及び5mass%B$$_{4}$$C含有SS316Lの密度,表面張力,輻射率,熱容量及び熱伝導率を測定するために、静磁場印加電磁浮遊法を用いた。5mass%B$$_{4}$$CをSS316Lに加えることで、液相温度,密度,輻射率及び熱伝導率において、SS316Lの液相温度で、それぞれ111K, 6%, 19%, 6%減少した。熱容量は、この追加により5%まで増加した。表面張力に関して、5mass%B$$_{4}$$Cの追加による影響は明確には認められなかったが、SS316Lに溶解した硫黄により表面張力が大幅に減少した。

論文

Improvement of heat-removal capability using heat conduction on a novel reactor cavity cooling system (RCCS) design with passive safety features through radiation and natural convection

高松 邦吉; 松元 達也*; Liu, W.*; 守田 幸路*

Annals of Nuclear Energy, 122, p.201 - 206, 2018/12

 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

輻射及び自然対流による受動的安全性を持つ革新的な原子炉圧力容器冷却設備(RCCS)を提案した。このRCCSは、連続した2つの閉空間(RPV周囲にある圧力容器室、大気と熱交換を行う冷却室)から構成される。また、RPVからの放出熱を、できるだけ輻射を用いて効率的に除去するため、今までに無い新しい形状を採用している。さらに、作動流体及び最終ヒートシンクとして空気を用いることで、崩壊熱除去を行う際、それら作動流体及びヒートシンクを失う可能性が大幅に低減される。本研究では、熱伝導を利用したRCCSの除熱能力の向上を目指した結果、除熱できる熱流束が2倍となり、RCCSの高さを半分に、または熱出力を2倍にすることが可能となった。

論文

Experimental study on heat removal performance of a new Reactor Cavity Cooling System (RCCS)

細見 成祐*; 明石 知泰*; 松元 達也*; Liu, W.*; 守田 幸路*; 高松 邦吉

Proceedings of 11th Korea-Japan Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-11) (Internet), 7 Pages, 2018/11

受動的安全性を備えた新しい炉容器冷却システム(RCCS)を提案する。RCCSは連続した2つの閉じた領域から構成される。1つは原子炉圧力容器(RPV)を囲む領域、もう1つは大気と熱交換をする冷却領域である。新しいRCCSはRPVから発生した熱を輻射や自然対流によって除去する。最終的なヒートシンクは大気であるため、電気的または機械的に駆動する機器は不要である。RCCSの性能を理解するためにスケールモデルを使用して実験を開始した。ヒーター壁と冷却壁に異なる放射率を設定し、3つの実験を実施した。ヒーターから放出された総熱出力および壁面温度分布に関するデータが得られた。モンテカルロ法を使ってヒーターから放出された総熱出力に対する放射の寄与を評価した。ヒーター壁を黒く塗った場合、総熱出力に対する放射の寄与は約60%まで増加できた。つまり、実機においてRPVの壁面の放射率を高くすることは有効である。同時に、冷却領域の壁面の放射率も高くすれば、大気への放射を増加できるだけでなく、RCCS内の対流熱伝達も促進できることがわかった。

論文

Modeling of initial interaction between the laser pulse and Sn droplet target and pre-plasma formation for the LPP EUV source

佐々木 明; 西原 功修*; 砂原 淳*; 西川 亘*

Proceedings of SPIE, Vol.9776, p.97762C_1 - 97762C_6, 2016/03

 被引用回数:1 パーセンタイル:29.39

レーザープラズマ(LPP)極端紫外(EUV)光源の性能向上のために、プリパルス照射による微粒子の生成とその時間発展を扱う流体シミュレーションモデルの研究を行っている。初期に液体のSnターゲットがレーザーで加熱され、溶融、蒸発する過程について、気泡やクラスタの挙動を扱うため、メッシュ再配置のアルゴリズムおよび相転移モデルについての研究開発を行い、それをEUV光源ターゲットのダイナミクスの解析に応用した結果を報告する。

論文

会議報告; The 16th International Workshop on Radiative Properties of Hot Dense Matter会議

佐々木 明; 西村 博明*; 大西 直文*

プラズマ・核融合学会誌, 91(2), p.166 - 167, 2015/02

2014年9月にオーストリア、ウィーンで開催されたThe 16th International Workshop on Radiative Properties of Hot Dense Matter会議の参加報告で、会議において議論された、高温、高密度プラズマ中の原子過程、輻射輸送の研究の現状、今後の課題について議論した。米国リバモア研究所におけるNIF(National Ignition Facility)の現状、XFELを用いた実験などのトピックスについて紹介した。また、衝突輻射モデル計算コード比較ワークショップなどの分野の研究者の活動について紹介した。

論文

Shielding design of the ITER NBI Duct for nuclear and bremsstrahlung radiation

佐藤 聡; 飯田 浩正; 山内 通則*; 西谷 健夫

Radiation Protection Dosimetry, 116(1-4), p.28 - 31, 2005/12

 被引用回数:2 パーセンタイル:79.3(Environmental Sciences)

3次元モンテカルロ計算により、中性子及びブレームス輻射線源に対するITER NBIダクトの遮蔽解析を行った。核融合反応分布を線源とした中性子及び光子輸送計算により、プラズマに面しているダクト壁(FS)と隠れている壁(HS)の両者の核発熱率分布を、第一壁表面からの距離及びダクト表面からの距離を関数として、詳細に評価した。第一壁表面では、両者はほとんど同じ値であるが、第一壁表面からの距離が長くなるにしたがい、HS中の核発熱率は、FS中の値と比較して減衰が大きく、50cm以上離れた位置では、前者は後者に較べて約2$$sim$$3倍小さいことがわかった。また、ブレームス輻射分布を線源とした光子輸送計算により、ダクト壁の表面熱負荷分布を、第一壁表面からの距離を関数として、詳細に評価した。HSの表面熱負荷は、FSの値の約4分の1であリ、第一壁表面では、FSの表面熱負荷は約7$$sim$$8w/cm$$^{2}$$、HSの表面熱負荷は約2w/cm$$^{2}$$、第一壁表面から約1mの位置では、各々1w/cm$$^{2}$$, 0.2$$sim$$0.3w/cm$$^{2}$$であることを明らかにした。また、ダクト周囲の超伝導コイルの核的応答、崩壊$$gamma$$線線量率を評価した。前者は基準値を充分に満足し、後者は基準値とほぼ同じ値であることがわかった。

論文

Characterization of extreme ultraviolet emission from laser-produced spherical tin plasma generated with multiple laser beams

島田 義則*; 西村 博明*; 中井 光男*; 橋本 和久*; 山浦 道照*; Tao, Y.*; 重森 啓介*; 奥野 智晴*; 西原 功修*; 河村 徹*; et al.

Applied Physics Letters, 86(5), p.051501_1 - 051501_3, 2005/01

 被引用回数:104 パーセンタイル:4.75(Physics, Applied)

EUV光源として用いられるSnプラズマの基本的な輻射流体力学的な特性を明らかにするために、阪大レーザー研の激光XII号レーザーで球状のSnターゲットを照射し、生成したプラズマからのEUV光のスペクトル,発光強度分布,波長13.5nm領域の2%帯域中の発光強度とその時間変化,変換効率の測定を行った。照射強度5$$times$$10$$^{10}$$W/cm$$^{2}$$において最大効率3%が得られた。変換効率のレーザー強度依存性を等温膨張プラズマを仮定した理論モデルと比較した。

論文

Effect of the satellite lines and opacity on the extreme ultraviolet emission from high-density Xe plasmas

佐々木 明; 西原 功修*; 村上 匡且*; 小池 文博*; 香川 貴司*; 西川 亘*; 藤間 一美*; 河村 徹*; 古河 裕之*

Applied Physics Letters, 85(24), p.5857 - 5859, 2004/12

 被引用回数:38 パーセンタイル:19.38(Physics, Applied)

EUV光源として考えられているXeプラズマからの発光スペクトルにおいて4$$d$$-4$$f$$共鳴線の長波長側に幅の広いテール構造(red wing構造)が生成する機構を理論的に解析し、8価$$sim$$12価程度のXeのイオンの4$$d$$-4$$f$$, 4$$p$$-4$$d$$, 4$$d$$-5$$p$$サテライト線の寄与を明らかにした。高密度プラズマからの発光では、共鳴線の光学的厚さが増すにつれてサテライト線の強度が相対的に増加し、13.5nm帯の発光が増加することがわかった。プラズマXeイオンの原子モデルが明らかになり、それをもとに輻射輸送係数を計算し、プラズマの輻射流体力学的特性のシミュレーションによる解析が行えるようになった。

論文

Theoretical simulation of extreme UV radiation source for lithography

藤間 一美*; 西原 功修*; 河村 徹*; 古河 裕之*; 香川 貴司*; 小池 文博*; More, R.*; 村上 匡且*; 西川 亘*; 佐々木 明; et al.

Emerging Lithographic Technologies VIII, Proceedings of SPIE Vol.5374, p.405 - 412, 2004/00

次世代リソグラフィ用EUV光源の設計指針を与えるために行っている、理論,シミュレーション研究について報告する。原子過程シミュレーションと輻射流体シミュレーションを開発し、プラズマの温度,密度分布,放射X線スペクトル,13.5nm帯の放射への変換効率を評価する。ターゲットとして用いるXeやSnプラズマの複雑な原子過程の解析をより正確に行うため、複数の原子データコード(Hullac, Grasp等)とモデル計算(平均原子モデル),基礎的な分光実験を行い結果を相互に比較する。阪大レーザー研の激光XII号レーザーを用いて測定されたSnプラズマのEUV変換効率の解析を行う。

論文

高繰り返し高強度超短パルスレーザーを用いた実験室宇宙物理学の可能性

西内 満美子; 大道 博行; 高部 英明*; 松門 宏治*

レーザー研究, 31(11), p.711 - 720, 2003/11

天体物理の分野で見られるような極限状態は、近年における超高強度レーザー研究の発展により、広いパラメータにわたるプラズマが生成可能になり、地上の実験室で広い範囲の天体プラズマが生成可能になった。超高強度レーザーをターゲットに照射した時にできるプラズマは超高密度・超高温度の状態にある。このようなプラズマの内部における物理過程は、宇宙における天体現象を支配している物理過程と同様であることが期待される。これから、超高強度レーザーを用いたプラズマ実験が、宇宙における極限状態:「模擬天体」を提供でき、宇宙物理における弱点を補うことができるものと期待される。具体的には流体力学,原子物理,輻射輸送,相対論的プラズマ,核反応プラズマ,重力相互作用等の課題が、両者のオーバーラップする研究領域となっている。本論文では、これら実験室宇宙物理の観点で位置づけて具体的実験例を紹介している。

論文

第6回若手科学者によるプラズマ研究会

坂本 宜照; 仲野 友英; 大山 直幸

プラズマ・核融合学会誌, 79(7), p.715 - 716, 2003/07

第6回若手科学者によるプラズマ研究会を「輸送と構造形成」の主題のもとに,平成15年3月5-7日に日本原子力研究所那珂研究所において開催した。今回の参加者は約30名であり13件の講演が行われた。各講演の概要と議論の内容について報告する。

論文

Luminescence properties of lanthanide(III) ions in concentrated carbonate solution

永石 隆二; 木村 貴海; Sinha, S. P.*

Molecular Physics, 101(7), p.1007 - 1014, 2003/01

 被引用回数:14 パーセンタイル:53.76(Chemistry, Physical)

高濃度炭酸溶液中で希土類(III)イオンは、4つの炭酸イオンが配位した錯体[Ln(CO$$_{3}$$)$$_{4}$$]$$^{5-}$$を形成する。この炭酸錯体は8配位構造を持つため、水和イオン[Ln(H$$_{2}$$O)$$_{n}$$]$$^{3+}$$(n=8,9)とは異なり、その強度・位置ともに特徴的な励起・発光ピークを持ったスペクトルが観測できる。また、この錯体は第1配位圏に水分子を持たないため、より多くの希土類イオンの発光がより長寿命で観測できると考えられる。本研究ではPr(4f$$^{12}$$)からTm(4f$$^{12}$$)までの10元素(Pmを除く)について炭酸錯体の発光の有無を調べ、Pr,Ho及びErを除いた7元素の発光を観測した。ここで、励起・発光スペクトル中のそれぞれのピークを電子状態間の遷移として帰属し、炭酸錯体に特徴的な遷移を見いだすとともに、水和イオンと炭酸錯体の配位環境の違いを定量的に明らかにした。さらに、H$$_{2}$$O及びD$$_{2}$$O溶液中での発光寿命から、励起した炭酸錯体の無輻射緩和がエネルギーギャップ則に従うこと、発光寿命の水素同位体効果が金属の内圏に配位している炭酸イオンのC-O振動エネルギーと深く関連していることを明らかにした。

論文

Advanced high-temperature ultracentrifuge apparatus for mega-gravity materials science

真下 茂; Huang, X.; 長壁 豊隆; 小野 正雄*; 西原 正通*; 伊原 博隆*; 末吉 正典*; 柴崎 康司*; 柴崎 司郎*; 毛利 信男*

Review of Scientific Instruments, 74(1), p.160 - 163, 2003/01

 被引用回数:52 パーセンタイル:8.6(Instruments & Instrumentation)

新しい物質プロセス研究に用いるために、500$$^{circ}$$C以上まで広い温度範囲で100万G以上の重力場を安定して発生させることができる超重力場発生装置が開発された。本装置はエアタービンモータ,セラミックスボールベアリング,ダンパ機構,径160mmまでのロータ,真空チャンバと加熱ユニットから構成される。回転速度と安定性を上げるために軸穴のないロータと二層構造のダンパーブッシングを採用している。試料の温度は輻射加熱によって制御される。これまでに、径70mmと80mmのチタン合金製ロータを用い、最大回転数17万rpm(変動: $$<$$0.05%)、最高試料温度200$$^{circ}$$C(変動: $$<$$1$$^{circ}$$C)以上、100時間の高温長時間運転に成功した。この時の最大重力場は100万G以上、エネルギーはこれまでの世界最高性能を持つ熊本大学装置と比べて1.9倍以上、試料容積は4倍以上であった。また、径70mmのロータを用いて最大19万rpmまでの短時間の回転試験にも成功し、最大重力場は120万G以上に達した。

報告書

ITER-FEATにおけるタングステン不純物の輸送解析

村上 好樹*; 天野 恒雄*; 清水 勝宏; 嶋田 道也; 小川 雄一*

JAERI-Research 2001-049, 58 Pages, 2001/11

JAERI-Research-2001-049.pdf:3.11MB

1.5次元輸送コードTOTALに任意アスペクト比及び衝突周波数での不純物の新古典粒子束を計算できるコードNCLASSを結合し、ITER-FEATプラズマ中での高Z不純物の挙動を解析した。種々の密度分布に対して、タングステン原子分布及び線輻射パワーを評価した。密度分布が平坦で温度勾配による遮蔽が効果的な場合には全線輻射パワーはコロナ・モデルの1/2程度になることがわかった。核融合出力が700MW(Q=10)の場合、プラズマ性能を大きく劣化させることなくプラズマ境界でのタングステン密度7$$times$$10$$^{15}$$/m$$^{3}$$(電子密度の0.01%,Zettの増加が0.39)程度まで許容可能で、このときの線輻射パワーは約90MWになる。この値は制動放射等を含めると全加熱パワーの半分以上になり、ダイバータ部流入パワーが大幅に低下でき、ITER-FEATにおける高出力運転の可能性を示している。

論文

Study on decay heat removal of compact ITER

鶴 大悟; 閨谷 譲; 荒木 隆夫*; 野元 一宏*; 大平 茂; 丸尾 毅; 橋本 正義*; 羽田 一彦; 多田 栄介

Fusion Engineering and Design, 58-59, p.985 - 989, 2001/11

 被引用回数:3 パーセンタイル:69.9

コンパクトITERの固有の安全性を踏まえた安全確保の考え方の構築の一環として、全冷却系が機能してない条件下での崩壊熱による各機器の温度上昇を見積もることにより非常用冷却系の必要性を検討した。全冷却系の全冷却材が瞬時に喪失し、機器間は輻射により熱伝達され、クライオスタットがヒートシングとなるといった極端に仮想的な条件にも関わらず、真空容器の最高温度は500$$^{circ}C$$近辺に留まり、なおかつ温度上昇は非常に緩やかで最高温度に到達するのが100日後であった。以上の結果より、コンパクトITERでは崩壊熱密度の小ささから、非常用冷却系が無くても輻射により崩壊熱が除去可能である見通しを得た。併せて、第一壁が一体型である場合及び真空容器冷却系が機能している場合の温度上昇に関して感度解析を行った。

報告書

実効線量評価のための光子・中性子・$$beta$$線制動輻射線に対する遮へい計算定数

坂本 幸夫; 遠藤 章; 津田 修一; 高橋 史明; 山口 恭弘

JAERI-Data/Code 2000-044, 191 Pages, 2001/01

JAERI-Data-Code-2000-044.pdf:7.19MB

放射性物質や放射線発生装置を扱う施設の遮へい計算では、スペクトル計算をすることなく、遮へい計算定数を用いて線量を直接評価する方法が、簡便かつ有効であり、広く用いられている。ICRP1990年勧告の国内制度等への取り入れで今後実効線量の評価が必要となる。本報告は、光子・中性子及び$$beta$$線からの制動輻射線に対して、実効線量を評価するための遮へい計算定数をまとめたものである。単色光子に関して、ピルドアップ係数、実効換算係数、及び線量の透過率を整備した。RIからの$$gamma$$線・X線、$$beta$$線源からの制動輻射線及び中性子源に対して線量率定数及び遮へい体での線量の透過率を整備した。

報告書

多次元ナトリウム燃焼解析コードAQUA-SFの開発と検証

高田 孝; 山口 彰

JNC-TN9400 2000-065, 152 Pages, 2000/06

JNC-TN9400-2000-065.pdf:6.26MB
JNC-TN9400-2000-065(errata).pdf:0.12MB

液体ナトリウムを冷却材としている高速増殖炉において、ナトリウム漏えい時のナトリウム燃焼が構造物等へ及ぼす影響を評価することは重要である。しかしながら従来の数値解析では、大きな空間を平均化した一点近似モデル(zoneモデル)が主流であり、燃焼現象に於けるガス温度、ガス成分各種の空間的な分布が及ぼす影響についての評価はなされていない。このため、ナトリウム燃焼現象について多次元効果を考慮して機構論的に解析することを目的とし、多次元ナトリウム燃焼解析コードAQUA-SF(Advanced simulation using Quadratic Upstream differencing Algorithm-Sodium Fire version)を開発した。本コードは完全陰解法であるSIMPLEST-ANL法を用いた単相伝熱流動解析コードAQUAをベースとし、スプレイ燃焼、フレームシート燃焼、ガス輻射、多成分ガス移流・拡散、圧縮性等の燃焼に必要な各モデルを組み込んでいる。なお計算スキームとして、空間項についてはBounded QUICK法を、時間項についてはBounded3点陰解法を組み込んでいる。また開発されたAQUA-SFコードを用い、以下に示すナトリウム燃焼実験の検証解析を実施した。・プール燃焼実験(RUN-D1)・スプレイ燃焼実験(RUN-E1)・漏えい燃焼実験(ナトリウム漏えい燃焼実験-II)・小規模漏えい燃焼実験(RUN-F7-1)いずれの検証解析に於いても、実験をほぼ再現しており、AQUA-SFコードの妥当性が確認された。

論文

$$gamma$$-ray buildup factors for a point isotropic source in the single layer shield by using BERMUDA code

坂本 幸夫; 鈴木 友雄*; 佐藤 理*; 平山 英夫*

Journal of Nuclear Science and Technology, 37(Suppl.1), p.484 - 487, 2000/03

点減衰核積分法による$$gamma$$線遮蔽計算法の計算精度を向上させるため、$$gamma$$線ビルドアップ係数データの算出法の検討を行った。現在ANSI/ANSの標準データとして使用されているPALLASコードによる高原子番号の元素のデータは、高エネルギー$$gamma$$線について制動輻射線が前方に放出されると近似しているため、電磁カスケードモンテカルロコードEGS4による結果に比べて過大評価となっている。このため、遮蔽体中での$$gamma$$線の挙動をPALLASコードより詳細に取り扱うBERMUDAコードで単一層の鉛における$$gamma$$線ビルドアップ係数の計算を行った。低エネルギー領域については蛍光X線の効果、高エネルギー領域についてはEGS4コードで計算した制動輻射線生成マトリックスを組み込むことにより、制動輻射線の効果を考慮した。これにより、BERMUDAコードを用いて低エネルギーから高エネルギーまで一貫して$$gamma$$線ビルドアップ係数を算出できる見通しを得た。

論文

Atomic processes involving doubly excited levels in low temperature dense plasma; Recombination X-ray laser

河内 哲哉

NIFS-PROC-44, p.69 - 72, 2000/01

高密度プラズマ中の多価イオンは、軟X線レーザーの媒質として重要であり、その発光機構を明らかにすることは、軟X線レーザーの高効率化や新しいスキームの発見に重要である。本発表では、再結合型軟X線レーザーを例にとり、プラズマ冷却時のイオンの再結合過程において、多重励起状態を経由する原子過程が重要な役割をすることを、シミュレーションによる手法と実験データを照らし合わせることにより明らかにする。また、再結合型軟X線レーザーにおける反転分布生成機構に関して議論する。

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