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論文

High-energy nuclear data uncertainties propagated to MYRRHA safety parameters

Stankovskiy, A.*; 岩元 大樹; $c{C}$elik, Y.*; Van den Eynde, G.*

Annals of Nuclear Energy, 120, p.207 - 218, 2018/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:16.17(Nuclear Science & Technology)

高エネルギー核データの不確かさ伝播による加速器駆動システムMYRRHAの安全に関する核特性パラメータの影響を調査した。既存の高エネルギー核データライブラリ及び高エネルギー核反応モデルを用いて断面積データの共分散マトリックスを作成し、これを用いて、全炉心出力及び鉛ビスマスに蓄積される放射能の高エネルギー核データに起因する不確かさをランダムサンプリング法に基づいて評価した。本評価手法は、粒子輸送計算を直接行う必要がなく、最良推定値に対するサンプル平均の収束性を調査することが可能である。本手法により、全炉心出力に対する信頼性のある不確かさを得るには300程度のランダムサンプル数が必要であることを示し、その不確かさは14%と評価した。さらに、陽子・中性子照射により蓄積される放射能濃度の不確かさの評価値は、5%から60%に及ぶことがわかった。トリチウム等のいくつかの核種に対しては、信頼性のある不確かさを得るのに数千のランダムサンプル数が必要であることが明らかになった。

論文

長寿命核種の分離変換技術の現状,4; 加速器駆動システムを用いた核変換システムと分離変換技術の成熟度

辻本 和文; 荒井 康夫; 湊 和生

日本原子力学会誌, 59(11), p.644 - 648, 2017/11

本稿は、日本原子力学会「放射性廃棄物の分離変換」研究専門委員会において、国内外における分離変換技術や関連する技術の研究開発状況について調査・分析してきた結果を基に、長寿命核種の分離変換技術の現状について、4回に分けて紹介するものである。第4回にあたる本稿では、加速器と未臨界炉を組み合わせた加速器駆動システム(ADS)と核変換用窒化物燃料を用いた核変換システムについて解説するとともに、分離変換技術の開発がどの段階まで進んでいるのかを解説する。ADSについては、ADSによるMA核変換システムの特徴について述べるとともに、日本原子力研究開発機構(JAEA)で概念検討を進めている液体鉛ビスマス冷却システムを解説した。また、JAEAで実施中の主な研究開発項目を述べるとともに、現在計画中の新たな実験施設を紹介した。窒化物燃料については、MA核変換システム用燃料としての特徴、製造技術と使用中の燃料ふるまい評価における課題を解説するとともに、JAEAで実施中の主な研究開発項目を紹介した。最後に、新技術の着想から実用化までをいくつかの段階に分けて技術開発の進展を体系的に示す指標である技術成熟度(TRL)を用いて、わが国における分離変換技術の成熟度を評価した結果を示した。

論文

原子力機構における研究開発

辻本 和文

エネルギーレビュー, 37(9), p.11 - 14, 2017/09

加速器駆動システム(ADS)は、加速器と未臨界炉を組み合わせたシステムであり、高レベル放射性廃棄物に含まれるマイナーアクチノイドを効果的に変換することを目的としている。日本原子力研究開発機構(JAEA)では、ADSに関する様々な研究開発を実施している。本稿では、核変換システムとしてのADSの概要を述べるとともに、JAEAで実施中のADS関連研究開発の状況と今後の計画について紹介する。

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:16.3(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。

報告書

鋼材に付着した鉛ビスマスの洗浄技術の検討,1; 基礎試験

斎藤 滋; 佐々 敏信; 梅野 誠*; 倉田 有司; 菊地 賢司; 二川 正敏

JAERI-Tech 2004-074, 41 Pages, 2004/12

JAERI-Tech-2004-074.pdf:24.5MB

原子炉で使用した燃料中のマイナーアクチニド(MA)を短寿命の核種に核変換するシステムとして、加速器駆動システム(ADS)の開発が世界各国で進められている。ADSの核破砕ターゲット及び炉心冷却材には鉛ビスマスが検討されている。機器や照射試料に付着した鉛ビスマスを効率よく除去する技術は、被曝低減や交換部品の汚染低減と言った観点から重要な開発項目である。本研究の目的は、鉛ビスマスのさまざまな洗浄方式について洗浄能力・特徴を把握し、目的に応じた方式を提案するための基礎的な知見を得ることである。3種類の洗浄試験の結果、170$$^{circ}$$Cでのシリコンオイル洗浄では細部の鉛ビスマスは除去しきれず、脱脂綿等で擦る必要があった。母材への影響はほとんど見られなかった。混酸(酢酸,過酸化水素,エタノール=1:1:1)洗浄では、浸すだけでほぼ完全に鉛ビスマスは除去されたが、シリコンオイルと比べ母材表面がやや黒ずんでいるように見られた。硝酸洗浄では、浸すだけでほぼ完全に鉛ビスマスは除去されたが、F82Hの母材表面が腐食された。

論文

Surface decoration of stainless steel for LBE flow measurement by ultrasonic techniques

菊地 賢司; 手塚 正雄*; 斎藤 滋; 大井川 宏之; 武田 靖*

Proceedings of 4th International Symposium on Ultrasonic Doppler Method for Fluid Mechanics and Fluid Engineering (ISUD-4), p.107 - 110, 2004/09

ADS概念の核破砕ターゲット及び冷却材である鉛ビスマス流速を超音波ドップラーで測定するために超音波の透過性を検証した。鋼をLBE中に浸すと、LBEは自由液面近傍のガス,液体、固体共存部を除けば鋼に接触する。この接触部を通じて超音波は鋼を介してLBEに伝達されると期待される。しかし、超音波のエコーはあまりに低く、測定できなかった。測定が成功したのは、鋼とLBE界面にあるコーテングを施した場合のみであった。LBE浸食試験の結果、鋼表面層には10から20$$mu$$mのLBEが付着して残存したことがわかった。これは、本コーテングの結果、LBE中での鋼の濡れ性が確保されたことを示す証拠である。その結果、超音波技術が適用可能になることを明らかにした。

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

Corrosion-erosion test of SS316 in flowing Pb-Bi

菊地 賢司; 倉田 有司; 斎藤 滋; 二川 正敏; 佐々 敏信; 大井川 宏之; 若井 栄一; 三浦 邦明*

Journal of Nuclear Materials, 318(1-3), p.348 - 354, 2003/05

 被引用回数:25 パーセンタイル:13.67

流動鉛ビスマス条件で、オーステナイト・ステンレス鋼の腐食試験を3000時間実施した。試験材はSS316は外径13.8mmの管であり、最高温度450$$^{circ}$$C,温度差50$$^{circ}$$C,流速1m/sである。試験後、管を切断し、光学顕微鏡、SEM,EDX,WDX,X線回折により分析した。鉛ビスマスはドレン後も、配管内部に付着していた。流動条件下での腐食量は0.1mm/3000時間であり、内面は凹凸が激しい。高温から低温部に質量の移行が観察され、低温部にはFe-Crの結晶粒が析出していた。粒径は0.1$$sim$$0.2mmであり、化学組成は鉄:クロムが9:1であった。これらの結果は、静的な腐食試験では観察されず、流動試験で始めて見出された。

論文

流動鉛ビスマス条件下におけるSS316のコロージョン・エロージョン特性

菊地 賢司; 倉田 有司; 斎藤 滋; 二川 正敏; 佐々 敏信; 大井川 宏之; 三浦 邦明*

日本機械学会2002年度年次大会講演論文集, p.273 - 274, 2002/09

加速器と未臨界炉を組み合わせた核変換実験装置では、核破砕ターゲットとして鉛ビスマスを用いる。高温で流動する鉛ビスマスの循環試験を3000時間実施し、オーステナイトステンレス鋼SS316のコロージョン・エロージョン特性を研究した。その結果、SS316材の腐食量は0.1mm/3000時間,Cr-Feの結晶粒が循環ループ内の低温部に析出することがわかった。試験温度は高温部で、450$$^{circ}$$C,低温部で400$$^{circ}$$C流速は1m/sである。鉛ビスマスは4NのArガスで封入し、酸素濃度は積極的に制御していない。

論文

鉛ビスマス洗浄技術の検討

斎藤 滋; 佐々 敏信; 梅野 誠*; 倉田 有司; 菊地 賢司; 二川 正敏

日本機械学会2002年度年次大会講演論文集, p.267 - 268, 2002/09

鉛ビスマスの洗浄技術開発のため洗浄試験を行い、各洗浄方法を比較検討した。ビスマス中に浸漬した試験片を180$$^{circ}$$Cのシリコンオイル及び室温の混酸(酢酸+過酸化水素水+エタノール溶液)中に浸して洗浄試験を行った。その結果、シリコンオイルでは鉛ビスマスの除去には、洗浄後脱脂綿で擦るなどの物理的な力を加える必要があるが、混酸では鉛ビスマスは容易に溶解し、ほぼ完全に除去されることがわかった。また、混酸が母材に与える影響は殆どないことがわかった。

論文

Current status of JAERI spallation target material program

菊地 賢司; 佐々 敏信; 石倉 修一*; 椋木 健*; 甲斐 哲也; 大内 伸夫; 井岡 郁夫

Journal of Nuclear Materials, 296(1-3), p.34 - 42, 2001/07

 被引用回数:17 パーセンタイル:20.75

本報告は第4回核破砕技術WSで発表されたものをまとめたもので、大強度陽子加速器計画のもとで進行している核破砕材料研究及び計画の現状について次の項目を報告している。(1)中性子散乱施設で使用する水銀ターゲット材料のR&D,(2)加速器駆動システムによる長寿命核種の変換技術開発に狙いを定めたADSターゲット実験施設実現に向けた材料計画,(3)超伝導加速器による高エネルギー陽子輸送実現化の鍵をにぎる材料開発研究成果,(4)スイスPSIで加速器照射したターゲットベッセル材料の照射後試験計画,(5)照射損傷シミュレーションのためのイオン照射試験の現状。

論文

JAERI/KEK target material program overview

菊地 賢司; 粉川 広行; 佐々 敏信

JAERI-Conf 2001-002, p.1251 - 1258, 2001/03

大強度陽子加速器計画におけるターゲット材料R&D計画の概要を述べてある。中性子散乱施設の水銀ターゲットでは、3GeV, 333$$mu$$A(1MW), 25Hzの陽子入射条件で、SS316ステンレス鋼を用いて設計した結果、設計のガイドラインとして用いた条件を全て満たすことがわかった。例えば窓材の最高温度は170$$^{circ}$$Cであり、水銀による腐食は無視できる。また、加速器駆動システム(ADS)の実験施設で用いようと計画している鉛ビスマスターゲットについては、主要パラメーター600MeV, 333$$mu$$s(200kW)による計算で、窓材で年間5dpa程度の材料照射が可能であることがわかった。

口頭

J-PARC Transmutation Experimental Facility Program

佐々 敏信; 大林 寛生; 斎藤 滋; 武井 早憲; Wan, T.; 粉川 広行; 西原 健司; 菅原 隆徳; 岩元 大樹

no journal, , 

日本原子力研究開発機構(JAEA)は、マイナーアクチノイド(MA)の核変換を行う、鉛ビスマス(LBE)冷却型加速器駆動システム(ADS)を提案している。ADSの設計に必要なデータを取得するため、J-PARCに核変換実験施設(TEF)を設置することを計画している。TEFは400MeV-250kWの陽子ビームを鉛ビスマス核破砕ターゲットに導入するADSターゲット試験施設(TEF-T)と、微小陽子ビームにより駆動可能なMA燃料を装荷した未臨界・臨界集合体を持つ核変換物理実験施設(TEF-P)から構成する。TEF-Tでは、核破砕ターゲットを用いた材料照射を行うと共に、二次中性子の多目的利用も検討している。発表では、ADS実現のためのロードマップとともに、TEF建設に関わる最新の研究開発状況を報告する。

口頭

J-PARC核変換実験施設計画の現状,1; ADSターゲット試験施設(TEF-T)設計の進展

前川 藤夫

no journal, , 

加速器駆動核変換システム(ADS)の開発に資するため、J-PARC核変換実験施設の一施設として、鉛ビスマス環境下で陽子ビーム照射した構造材料の挙動を研究するためのADSターゲット試験施設(TEF-T)の建設を計画している。本講演では、TEF-Tの設計の進展について紹介する。

口頭

250 kW LBE spallation target for J-PARC Transmutation Experimental Facility

佐々 敏信; 斎藤 滋; 大林 寛生; Wan, T.; 菅原 隆徳; 北 智士*; 八巻 賢一*; 吉元 秀光*

no journal, , 

原子力機構は高レベル放射性廃棄物に起因する環境負荷を低減するため、鉛ビスマス合金(LBE)を核破砕ターゲットと炉心冷却材とする加速器駆動システム(ADS)を用いた分離核変換技術を提唱している。ADSを実現するため、原子力機構はJ-PARC計画の中で核変換実験施設(TEF)の建設を計画している。TEFを用いることで、LBE冷却ADSを設計するためのデータを蓄積し、安全にLBEを利用するための技術課題の解決を目指している。250kWのLBE核破砕ターゲットをTEFに設置し、LBE冷却ADSの作動温度域での陽子及び中性子照射データの取得を目指す。TEF-Tのリファレンスとしてターゲットの設計と最適化やさまざまな要素技術開発を進めている。ターゲット模擬と材料腐食試験のための大型LBEループも整備した。250kW LBEターゲット設計の最新の動向を報告する。

口頭

Studies for construction of J-PARC transmutation experimental facility

二川 正敏

no journal, , 

原子力機構は鉛ビスマス合金(LBE)を核破砕ターゲット及び炉心冷却剤とする加速器駆動システム(ADS)によるマイナーアクチノイド(MA)の核変換を提案している。ADS設計のためのデータを取得するため、J-PARC計画の中でADSターゲット試験施設(TEF-T)及び核変換物理実験施設(TEF-P)から構成する核変換実験施設の建設を計画している。ADSの構造材候補のLBE流動下かつ酸素濃度制御下での照射データ整備のため、TEF-Tには250kWのLBE核破砕ターゲットを設置する。また、MA装荷炉心の核特性を検証するため、MAを装荷可能な臨界/未臨界集合体をTEF-Pに設置する。ADSの実用化を目指したロードマップとともに、TEF建設に向けた最新の研究状況を説明する。

口頭

溶融鉛ビスマス中の溶存酸素濃度測定の信頼性向上策の検討

小松 篤史; 上野 文義

no journal, , 

ジルコニア酸素センサーを用いた鉛ビスマス中の酸素濃度測定の信頼性を向上させるため、基準物質として鉛ビスマスより酸素活量の高いものと低いものを使用したセンサーを作製した。基準物質としてAg/Air, Co/CoO, Fe/Fe$$_{3}$$O$$_{4}$$を用いることで約250$$^{circ}$$Cから450$$^{circ}$$Cの溶融鉛ビスマス中の酸素濃度を測定できた。

口頭

ADSにおける鉛ビスマス中の核破砕生成物の物理化学形態に関する研究,1; 核破砕精製物量の評価

前川 藤夫; 松田 洋樹; 明午 伸一郎; 佐々 敏信; 宮原 信哉*; 有田 裕二*; 大平 直也*

no journal, , 

加速器駆動核変換システム(ADS)の標的兼冷却材である鉛ビスマス共晶合金(LBE)中の核破砕生成物の物理化学形態評価のため、J-PARCのADSターゲット試験施設(TEF-T)のLBEループについて、PHITSコードにより核破砕生成物量を評価した。

口頭

ADSにおける鉛ビスマス中の核破砕生成物の物理化学形態に関する研究,2; 核破砕生成物の物理化学形態に関する熱力学的検討

宮原 信哉*; 大平 直也*; 有田 裕二*; 佐々 敏信; 前川 藤夫; 松田 洋樹; 明午 伸一郎

no journal, , 

ADSターゲット試験施設(TEF-T)の鉛ビスマス(LBE)中における代表的な核破砕生成元素を選定し、統合型熱力学計算システムThermo-Calcを用いてLBE中で生成され得るSP元素の化合物とそれらの濃度を1点平衡計算で求めた。

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