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論文

Thermophysical properties of stainless steel containing 5 mass%B$$_{4}$$C in the solid phase

高井 俊秀; 古川 智弘; 山野 秀将

Nuclear Technology, 205(9), p.1164 - 1174, 2019/09

This paper describes evaluation results of thermophysical properties of stainless steel (SS) containing 5 mass% boron carbide (B$$_{4}$$C) in its solid phase. First, the authors have synthesized SS-B$$_{4}$$C samples with emphasis on 5 mass%-B$$_{4}$$C and SS using a hot press method and then evaluated its homogeneity in several ways such as chemical composition analysis, metallographic structure observation, and micro X-ray diffraction (XRD). This study also evaluated the density, specific heat and thermal conductivity of the SS-B$$_{4}$$C sample and found that the density becomes lower and the temperature dependence of the density decreased as the temperature rose compared to that of grade type 316L stainless steel (SS316L) used as a reactor material. The specific heat became slightly higher than that of SS316L and showed similar temperature dependence up to 1073 K. Unexpectedly, the thermal conductivity became lower than that of SS316L and showed similar temperature dependence up to 1273 K.

論文

Thermophysical properties of stainless steel containing 5mass%-B$$_{4}$$C in the solid phase

高井 俊秀; 古川 智弘; 山野 秀将

Proceedings of 2018 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2018) (CD-ROM), p.1007 - 1013, 2018/04

This study describes estimation results of thermophysical properties of stainless steel containing 5mass% boron carbide (5mass%B$$_{4}$$C-SS) in the solid state. 5mass%B$$_{4}$$C-SS eutectic sample was synthesized using a hot press method. Homogeneity of the sample was evaluated by chemical composition analysis, metal structure observation, and micro X-ray diffraction (XRD). Specific gravity and specific heat were evaluated up to 1000$$^{circ}$$C. These measurements proved that the specific gravity in our sample was lowered and the temperature dependence of the specific gravity, along with the elevation of temperature, became gradual compared to that of grade type 316L stainless steel (SUS316L) used as a reactor material by addition of B$$_{4}$$C. The specific heat became slightly higher than that of SUS316L by addition of B$$_{4}$$C and showed similar temperature dependence up to 800$$^{circ}$$C.

論文

Examination of $$^{131}$$I and $$^{137}$$Cs releases during late phase of Fukushima Daiichi NPP accident by using $$^{131}$$I/$$^{137}$$Cs ratio of source terms evaluated reversely by WSPEEDI code with environmental monitoring data

日高 昭秀; 横山 裕也

Journal of Nuclear Science and Technology, 54(8), p.819 - 829, 2017/08

AA2016-0500.pdf:0.44MB

 被引用回数:5 パーセンタイル:12.06(Nuclear Science & Technology)

福島第一原子力発電所事故の評価では、炉内事象と環境モニタリング測定との結びつきの議論が重要であるが、事故から6年近く経過した現在でも、両者の事象を統合的に扱った研究は必ずしも進んでいない。WSPEEDIコードと環境モニタリングデータから逆算で詳細化された$$^{131}$$I/$$^{137}$$Cs比に基づき、福島事故後期における原子炉建家等の地下汚染水からの気液分配に基づく$$^{131}$$I放出量を再評価するとともに、これまで検討が行われなかった$$^{137}$$Cs放出挙動に関して化学形や放出機構等について検討した。原子炉建屋等の地下汚染水からの$$^{131}$$I放出量に関する再評価では、全ソースタームに対する地下汚染水からの$$^{131}$$I放出の寄与分は約10%となった。また、3/21$$sim$$3/23及び3/30$$sim$$3/31の$$^{131}$$I放出量に対する$$^{137}$$Cs放出量の超過は、炉心冷却水がわずかに不足したことに伴う炉心温度の再上昇により、制御材を起源として生成するCsBO$$_{2}$$の放出でほぼ説明できる見通しを得た。

論文

Corrigendum; Examination of $$^{131}$$I and $$^{137}$$Cs releases during late phase of Fukushima Daiichi NPP accident by using $$^{131}$$I/$$^{137}$$Cs ratio of source terms evaluated reversely by WSPEEDI code with environmental monitoring data, J. Nucl. Sci. Technol. 2017, Corrected vertical axis of Figure 6

日高 昭秀; 横山 裕也

Journal of Nuclear Science and Technology, 54(8), P. i, 2017/08

AA2017-0194.pdf:0.44MB

 被引用回数:1 パーセンタイル:14(Nuclear Science & Technology)

以前に発表した論文(Examination of $$^{131}$$I and $$^{137}$$Cs releases during late phase of Fukushima Daiichi NPP accident by using $$^{131}$$I/$$^{137}$$Cs ratio of source terms evaluated reversely by WSPEEDI code with environmental monitoring data [Journal of Nuclear Science and Technology, vol.54(8), pp.819-829 (2017)])における図6の縦軸の訂正である。

論文

Basic visualization experiments on eutectic reaction between boron carbide and stainless steel under sodium-cooled fast reactor conditions

山野 秀将; 鈴木 徹; 神山 健司; 工藤 勇*

Proceedings of International Conference on Fast Reactors and Related Fuel Cycles; Next Generation Nuclear Systems for Sustainable Development (FR-17) (USB Flash Drive), 11 Pages, 2017/06

本報は、我が国で設計されている第4世代ナトリウム冷却高速炉(750MWe級)における炉心損傷事故での溶融炉心の炭化ホウ素(B$$_{4}$$C)とステンレス鋼(SS)の共晶反応及び移動挙動の重要性を示すとともに、それらの挙動に着目した1500$$^{circ}$$Cを超える高温条件下での可視化基礎実験について発表する。まず、予想される挙動を考慮して厳密摂動計算ツールを用いて反応度推移を計算し、B$$_{4}$$C-SS共晶生成物移動挙動が大きな不確かさを持っており反応度推移のうえで重要であることを示した。この挙動を明らかにするため、高温加熱炉の中に溶融SSをB$$_{4}$$Cペレットに接触させ、その反応を可視化する基礎実験を実施した。その実験により、共晶反応を可視化するとともに、固化した試験体の上部で密度分離によりB$$_{4}$$C-SS共晶生成物が固化・移動した様子が示された。

報告書

Boron release kinetics from mixed melts of boron carbide, stainless steel and Zircaloy; A Literature review on the behavior of control rod materials under severe accidents

Di Lemma, F. G.; 三輪 周平; 逢坂 正彦

JAEA-Review 2016-007, 27 Pages, 2016/03

JAEA-Review-2016-007.pdf:1.88MB

原子炉のシビアアクシデント時の炉心において、制御材と被覆材の相互作用によりホウ素を含む溶融体が形成する可能性がある。この現象はソースターム評価に大きな影響を与える。そこで、炭化ホウ素/ステンレス鋼/ジルカロイ(B$$_{4}$$C/SS/Zry)溶融体に係る既往研究の結果をレビューして課題を抽出し、研究内容策定のためのニーズを調査した。レビューの結果より、B$$_{4}$$C/SS/Zry溶融体挙動の物理モデルは限定的であり、燃料崩落挙動は解析により再現できていないことから、B$$_{4}$$C/SS/Zry溶融体挙動に係るデータベースの改良が必要であることがわかった。このレビュー結果をもとに、B$$_{4}$$C/SS/Zry溶融体挙動に係る熱力学的及び速度論的モデルを改良するための実験研究計画を策定した。成果は、SA解析コードにおけるホウ素挙動モデルの改良やホウ素の核分裂生成物挙動に与える影響評価に反映していく予定である。

論文

Diagnostics of pulsed plasma in laser ablation of boron compounds

大場 弘則; 佐伯 盛久; 横山 淳

Proceedings of Plasma Science Symposium 2005/22nd Symposium on Plasma Processing (PSS-2005/SPP-22), p.331 - 332, 2005/01

XeClエキシマレーザーを用いてホウ素化合物である、B$$_{4}$$CあるいはBNからのアブレーションを行った。生成したプルームプラズマ中の粒子フラックスをイオンプローブ及び四重極型質量分析計を用いて測定した。プルーム中のイオンの割合は、レーザー強度の増加に応じておおよそ20%程度までになることがわかった。また、中心軸に沿ったプルームプラズマ中の中性のホウ素原子は天然存在比であったのに対して、イオンでは$$^{10}$$Bの濃縮が観測された。

論文

Sputtering experiments on B$$_{4}$$C doped CFC under high particle flux with low energy

中村 和幸; 大楽 正幸; 秋場 真人; 奥村 義和

Journal of Nuclear Materials, 241-243, p.1142 - 1146, 1997/00

 被引用回数:9 パーセンタイル:37.18

ITER用プラズマ対向材料として、高熱伝導炭素繊維強化複合材(CFC材)が有望視されているが、この材料はマトリックスと呼ばれる部分の損耗(スパッタリング)の大きいことが従来の研究で明らかとなっている。そこで、スパッタリングの抑制を目的としてマトリックス部に炭化ホウ素(B$$_{4}$$C)を添加した材料を新たに開発した。本発表では、このB$$_{4}$$C添加CFC材のスパッタリング特性を低エネルギー高粒子束イオン照射装置(SLEIS)を用いて調べた結果について報告する。SLEISによる照射は、水素イオンで50eV、~2$$times$$10$$^{20}$$個/m$$^{2}$$・Sの粒子束条件下で行った。その結果、重量変化から求めたスパッタリング収率にB$$_{4}$$C添加効果は見られなかったものの、電子顕微鏡による表面観察ではマトリックス部の損耗抑制効果が確認され、ITER用プラズマ対向材料としての見通しが得られた。

論文

New composite composed of boron carbide and carbon fiber with high thermal conductivity for first wall

神保 龍太郎*; 西堂 雅博; 中村 和幸; 秋場 真人; 鈴木 哲; 後藤 純孝*; 鈴木 康隆*; 千葉 秋雄*; 山木 孝博*; 中川 師夫*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 233-237(PT.A), p.781 - 786, 1996/00

 被引用回数:12 パーセンタイル:26.73

新複合材料は、高熱伝導炭素繊維で作った平織りクロスを積層し、その間に多量のB$$_{4}$$Cを均一に充填して焼成した。B$$_{4}$$Cを20~35vol.%添加し、1700$$^{circ}$$Cで焼結した材料は、250W/m・K前後の室温熱伝導率を示す。開発材の熱伝導率は、温度依存性が小さく、400$$^{circ}$$C以上になると、室温で300W/m・K以上の高熱伝導フェルトC/C材の値より高くなり、高温材料として望ましい特性を示す。800Kにおける重水素イオンによるスパッタリング試験では、B$$_{4}$$Cが35vol.%以上の材料は、エロージョン率がC/C材の40%に低下し、B$$_{4}$$C添加の効果が明らかである。電子ビームによる熱負荷試験では、22MW/m$$^{2}$$を5秒間照射し、表面温度が2500$$^{circ}$$Cになっても割れの発生は起らなかった。リサイクリング特性は、黒鉛に比して、B$$_{4}$$Cの添加量と共に向上する。以上により、本複合材料は、C/C材とB$$_{4}$$Cの長所を併せ持つ複合材料であることがわかる。

論文

Delayed neutron emission measurements from fast fission of U-235 and NP-237

W.S.Charlton*; T.A.Parish*; S.Raman*; 篠原 伸夫; 安藤 真樹

PHYSOR 96: Int. Conf. on the Physics of Reactors, 3, p.F11 - F20, 1996/00

これまで、原研ORNLアクチノイド研究契約に基づきマイナーアクチノイドの即発中性子放出率及び遅発中性子放出率などが測定されてきた。本研究の目的は、マイナーアクチノイドの高速中性子核分裂による遅発中性子放出率を測定することである。実験は、テキサスA&M大学研究炉(トリガ燃料プール型熱中性子炉)において行われた。炉内にB$$_{4}$$Cで周囲を囲んだ高速中性子場を設けアクチノイド試料を中性子照射した。遅発中性子放出率を測定する核種は、U-235,Np-237,Am-241,Am-243である。これらアクチノイド試料は、厚さ1mm、外径5mm$$phi$$、重量10mgである。照射後試料から放出される遅発中性子を計数し、各群毎の遅発中性子放出率及び半減期を測定した。U-235、Np-237試料の遅発中性子収率はこれまでの測定データと良い一致を示した。

論文

Thermodynamic analysis of behavior of HTGR fuel and fission products under accidental air or water ingress conditions

湊 和生; 福田 幸朔

IAEA-TECDOC-784, 0, p.86 - 91, 1995/01

高温ガス炉の炉心を構成する黒鉛、SiC被覆層、ZrC被覆層、およびB$$_{4}$$C制御材の空気または水との反応性について、熱力学的解析を行った。SiC、ZrC、及びB$$_{4}$$Cは、反応条件により、それぞれ、重量減少をともなう酸化反応及び重量増加をともなう酸化反応の2種類があり、事故条件においては、後者の反応がほぼ支配的であることが明らかになった。また、核分裂生成物の主要元素であるCsの挙動について、Bとの反応を考慮に入れて熱力学的解析を実施した。その結果、事故条件において、CsがBと出会う機会があれば、CsはBと反応することが明らかになった。このことは、Csの環境への放出を考える際に重要な知見となる。

論文

Optimization method of rod-type burnable poisons for nuclear designs of HTGRs

山下 清信

Journal of Nuclear Science and Technology, 31(9), p.979 - 985, 1994/09

 被引用回数:6 パーセンタイル:45.25(Nuclear Science & Technology)

ブロック型高温ガス炉では、燃料温度の上昇を避けるため、制御棒の炉心への挿入深さをできる限り少なく保つ必要があった。そこで棒状可燃性毒物の諸元(毒物原始の密度N$$_{BP}$$、棒半径r)を、実効増倍率(k$$_{eff}$$)が燃焼期間を通して最小値で一定となるように最適化する必要があった。しかしながら、この最適化はN$$_{BP}$$とrの殆どの組合せに対してサーベイ計算を行う必要があったため、これまで長時間を必要とする作業であった。この問題を解決するため、2つのステップからなる系統的な最適化方法を見出した。第1ステップでは、実効吸収断面積$$Sigma$$a$$_{BP}$$,N$$_{BP}$$及び$$gamma$$間の時間関係を表す近似式を用いて、有望なN$$_{BP}$$$$gamma$$の組合せを予め選択する。第2ステップで有望な各々の組合せの$$Sigma$$a$$_{BP}$$とその期待される値の時間変化を比較することにより、最適なN$$_{BP}$$$$gamma$$の組合せを決める。この最適化方法により計算の回数を約1/10にまで低減できた。また、600燃焼日数のk$$_{eff}$$の変化を本方法により2%$$Delta$$k内に抑えることができた。このため、制御棒を炉心内に殆ど挿入しないで出力運転できるようになった。

報告書

耐熱合金と炭化ホウ素との両立性,2

馬場 信一; 長松谷 孝昭; 村岡 進; 青山 功; 伊藤 尚徳

JAERI-M 82-196, 29 Pages, 1982/12

JAERI-M-82-196.pdf:2.41MB

多目的高温ガス実験炉の制御棒は、被覆管材にハステロイ-XR、中性子吸収体には30wt%ホウ素組成の炭化ホウ素と黒鉛の混合粉末焼結体を使用する予定である。本報はこれらの材料の高温下両立性試験の第二報で、(1)第一報と同一条件で、ハステロイ-X及びこれを改良したハステロイ-XRと混合粉末焼結体との両立性の比較、(2)長時間加熱試験及び(3)反応障壁効果確性試験について報告する。得られた結果を要約すると次のとおりである。(1)ハステロイ-XRはハステロイ-Xと同様な挙動を示し、有意な差は観察されなかった。(2)750$$^{circ}$$C-3000時間の条件でハステロイ-X表面からの浸食深さは74$$mu$$mで、850$$^{circ}$$C-2000時間では156$$mu$$mであった。(3)ハステロイ-Xの表面に反応障壁としてアルミナまたはジルコニアの粉末をプラズマ溶射した試料と混合粉末焼結体との両立性は、1000$$^{circ}$$C-20時間$$times$$5サイクルおよび1000$$^{circ}$$C-100時間の試験条件でいずれも合金自身の反応は全く観察されなかったが、被覆層の剥離あるいはクラックなどの損傷が見られたものもある。

報告書

Compatibility of Heat Resistant Alloys with Boron Carbide

村岡 進; 馬場 信一

JAERI-M 9185, 20 Pages, 1980/11

JAERI-M-9185.pdf:3.77MB

多目的高温ガス炉用制御材である炭化ホウ素とその被覆材の候補合金のハステロイ-X、インコロイ800との両立性試験を850~1050$$^{circ}$$Cの温度範囲である。試験の結果、1000$$^{circ}$$C以下では、合金と黒鉛入り炭化ホウ素との両立性は合金と化学量論組成に近い炭化ホウ素の両立性に比べ幾分良いが、両者共反応性に富んでいることが判明した。両合金間ではインコロイ800の方がハステロイ-Xより両立性は良い。反応の形態は合金中への炭素、ホウ素の粒界侵入が先行して起こり、続いて層状の反応生成物の見られるものがあった。合金表面近傍の反応層においてはFe$$_{2}$$B、Cr$$_{2}$$B、Ni$$_{2}$$Bの生成が認められた。反応前後のハステロイ-Xの機械的強度の変化について引張り試験により調べた所、炭化ホウ素との反応により強度の減少することが判明した。

口頭

ナトリウム冷却高速炉条件における炭化ホウ素とステンレス鋼の共晶反応可視化基礎実験

山野 秀将; 鈴木 徹; 神山 健司; 工藤 勇*

no journal, , 

本報は、我が国で設計されている第4世代ナトリウム冷却高速炉(750MWe級)における炉心損傷事故での溶融炉心の炭化ホウ素(B$$_{4}$$C)とステンレス鋼(SS)の共晶反応及び移動挙動の重要性を示すとともに、それらの挙動に着目した1500$$^{circ}$$Cを超える高温条件下での可視化基礎実験について発表する。まず、予想される挙動を考慮して厳密摂動計算ツールを用いて反応度推移を計算し、B$$_{4}$$C-SS共晶生成物移動挙動が大きな不確かさを持っており反応度推移のうえで重要であることを示した。この挙動を明らかにするため、高温加熱炉の中に溶融SSをB$$_{4}$$Cペレットに接触させ、その反応を可視化する基礎実験を実施した。その実験により、共晶反応を可視化するとともに、固化した試験体の上部で密度分離によりB$$_{4}$$C-SS共晶生成物が固化・移動した様子が示された。

口頭

EPMA analysis of multi-component interaction products between boron carbide and stainless steel under a postulated core disruptive accident in SFR

中村 勤也*; 太田 宏一*; 高井 俊秀; 山野 秀将

no journal, , 

本研究は、B$$_{4}$$C-ステンレス鋼構成物の再分布挙動を深く調べるため、アルゴンガス雰囲気で1500$$^{circ}$$Cで約8分間で電子線マイクロアナライザーを用いて多成分構成物を調べた。その結果、相対的に低密度のボロンが溶融ステンレス鋼の上面に水平方向に針状物質として拡散し(Fe,Cr,Ni)からなる共晶物と共に、高融点(Cr,Fe)$$_{2}$$Bが生成された。定量分析によれば、ボロン濃度はB$$_{4}$$C位置からの距離に関わらず水平方向にほぼ均一に分布し、軸方向には底面に向かって単調に減少した。

口頭

Thermophysical properties of stainless steel containing 10mass%-B$$_{4}$$C in the solid state

高井 俊秀; 古川 智弘; 山野 秀将

no journal, , 

This study describes estimation results of thermophysical properties of stainless steel containing 10mass% boron carbide (10mass%B$$_{4}$$C-SS) in the solid state. 10mass%B$$_{4}$$C-SS eutectic sample was synthesized using induction heat with suction method. Homogeneity of the sample was evaluated by chemical composition analysis, metal structure observation, and micro X-ray diffraction (XRD). Specific gravity and specific heat were evaluated up to 1000$$^{circ}$$C. These measurements proved that the specific gravity in our sample was decreased and the temperature dependence of the specific gravity, along with the elevation of temperature, became gradual compared to that of grade type 316L stainless steel (SUS316L) used as a reactor material by addition of B$$_{4}$$C. The specific heat became slightly bigger than that of SUS316L by addition of B$$_{4}$$C and showed similar temperature dependence up to 800$$^{circ}$$C.

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