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報告書

耐熱セラミックス複合材料の照射試験,2; 第2次(98M-41A),第3次(99M-30A)予備照射試験中間報告

馬場 信一; 根本 誠*; 相沢 静男; 山地 雅俊*; 石原 正博; 沢 和弘

JAERI-Tech 2005-055, 157 Pages, 2005/09

JAERI-Tech-2005-055.pdf:19.06MB

高温工学試験研究炉(HTTR)を用いた高温工学に関する先端的基礎研究の課題の1つとして「耐熱セラミックス複合材料の照射損傷効果に関する研究」のため、材料試験炉を用いて一連の予備照射試験を進めている。本報告は、このうちの第2次及び第3次の照射試験について記載したものである。両試験の照射温度は973K-1173K及び1273K-1473K,高速中性子照射量1$$times$$10$$^{25}$$m$$^{-2}$$( E$$>$$1MeV)の照射条件のもとで行った試料について、直径寸法の基本統計値,寸法変化及び熱膨張率の結果について報告する。

論文

Phase equilibria and thermal expansion of CaTiO$$_{3}$$ doped with neptunium

佐藤 剛*; 山下 利之; 松井 恒雄*

Journal of Nuclear Materials, 344(1-3), p.67 - 72, 2005/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:79.3(Materials Science, Multidisciplinary)

CaTiO$$_{3}$$及びCa(Ti,Al)O$$_{3}$$とNpO$$_{2}$$の相関係をX線回折法により調べた。用いた試料はAr-8%$$_{2}$$中1773Kで調製したものである。単相の固溶体がCaTiO$$_{3}$$及びCa(Ti,Al)O$$_{3}$$についてそれぞれ、0-7.5モル%Np及び1-10モル%Npで得られた。TiをAlで置換することにより、Npの固溶量は増加する。Npの固溶挙動をUやPuと比較し、添加物の酸化状態やイオン半径の観点から議論した。Np添加CaTiO$$_{3}$$の熱膨張を室温から1273Kの範囲で、高温X線回折法により測定した。試料の体積膨張係数は組成によらずほぼ一定であり、Npの添加によるCaTiO$$_{3}$$の安定化は見られなかった。これは、顕著な安定化が観測されているPuを添加したCaTiO$$_{3}$$とは、大きく異なっている。

報告書

耐熱セラミックス複合材料の照射後試験データ集; 97M-13A照射後試験

馬場 信一; 石原 正博; 相沢 静男; 関野 甫

JAERI-Data/Code 2003-003, 394 Pages, 2003/03

JAERI-Data-Code-2003-003.pdf:13.63MB

高温工学試験研究炉(HTTR)を用いた高温工学に関する先端的基礎研究の研究テーマの一つである「耐熱セラミックス複合材料の照射損傷機構に関する研究」として、材料試験炉(JMTR)を用いて第1次から第3次までの照射試験を実施した。本報告は、その第1次照射後試験で得た照射誘起寸法変化,熱膨張率,X線回折及び$$gamma$$線スペクトルについてまとめたものである。

論文

Irradiation effects on thermal expansion of SiC/SiC composite materials

石原 正博; 馬場 信一; 星屋 泰二; 四竈 樹男*

Journal of Nuclear Materials, 307-311(Part2), p.1168 - 1172, 2002/12

 被引用回数:5 パーセンタイル:61.4

SiC繊維強化SiC複合材料,SiC粒子強化SiC複合材料及び多結晶SiCを573K,673K及び843Kの温度で1.8$$times$$10$$^{24}$$m$$^{-2}$$(E$$>$$1MeV)の照射を行った。照射後、室温での照射誘起寸法変化及び室温から1673Kまでの熱膨張率を測定した。その結果、照射誘起寸法変化については、(1)SiC粒子強化SiC複合材料及び多結晶SiCでは、照射により生成される点欠陥に起因して、照射とともに膨張すること、さらにこの値は多くのSiC材料や単結晶で測定されたものとほぼ同様の値であること,(2)繊維強化SiC複合材料複合では、結晶性の悪い繊維の照射誘起寸法収縮の影響を受け収縮すること、熱膨張率については、高温での測定による照射損傷の回復が認められ、たとえばこれにより照射温度の予測がおおむね可能であることが明らかとなった。

報告書

三角柱形状拡散ノード法コードにおける収束加速法の適用性の検討

藤村 統一郎*; 奥村 啓介

JAERI-Research 2002-024, 27 Pages, 2002/11

JAERI-Research-2002-024.pdf:1.04MB

低減速スペクトル炉等の6角形状の炉心を解析する拡散コードの原型版を開発し、その反復解法を高速化するため、さまざまな収束加速法の適用性について検討した。本3次元コードMOSRA-Prismは、6角形状の炉心を正3角柱に分割し、その中の中性子束分布を3次の多項式で近似する多項式展開ノード法に基づいている。多群拡散コードとしての反復解法は、通常の内側反復法と外側反復法を採用するが、内側反復に適応的加速法、外側反復に中性子源外挿法を適用し、その有効性を確認した。本報告書では、コードの数値解法の元となる多項式展開ノード法の定式化の概要を説明するとともに、さまざまなサンプル計算で得られた、収束加速法の局所的な効率及び全体的な効率について検討する。また、コード開発過程で新たに導出した真空境界条件の一般的な記述法についても述べる。

論文

Lattice parameter expansion by self-irradiation damage of $$^{244}$$Cm-$$^{240}$$Pu oxide and mononitride

高野 公秀; 伊藤 昭憲; 赤堀 光雄; 小川 徹; 沼田 正美; 木崎 實

Journal of Nuclear Science and Technology, 39(Suppl.3), p.842 - 845, 2002/11

($$^{244}$$Cm,$$^{240}$$Pu)混合酸化物及び窒化物固溶体の$$alpha$$線自己損傷による格子の膨張をX線解析により測定した。元の酸化物は$$^{244}$$Cmの$$alpha$$崩壊により、(Cm$$_{0.4}$$,Pu$$_{0.6}$$)O$$_{2-x}$$の組成を持っていた。これを643K及び1073Kで加熱した後、格子定数の時間変化を観察したところ、約5日で変化は収束した。格子定数の膨張率はともに2.6$$times$$10$$^{-3}$$であったが、格子定数の初期値はそれぞれ0.5394,0.5388nmであった。炭素熱還元法により酸化物から窒化物固溶体を調製し、同様に格子定数変化を観察した結果、初期の格子定数は0.4945nmで、膨張率は3.5$$times$$10$$^{-3}$$であり、酸化物に比べて大きい膨張率であった。

報告書

黒鉛の格子振動の温度依存性と比熱の解析(協力研究)

仁平 猛*; 岩田 忠夫*; 岩瀬 彰宏

JAERI-Research 2001-045, 33 Pages, 2001/11

JAERI-Research-2001-045.pdf:1.27MB

KomatsuとNagamiyaによって提案された黒鉛の格子振動の半連続体モデルは、格子振動の分散関係を解析的に表すことに成功した唯一のもので、分散関係の表式には層面間距離$it crm,$弾性定数C$$_{11}$$,C$$_{12}$$,C$$_{13}$$,C$$_{33}$$,C$$_{44}$$及び$$kappa$$がパラメータとして含まれている。ここで、$it crm$rhokappa^{2}$$は層面の曲げの弾性定数,$$rho$$は密度である。われわれは、これらのパラメータを温度の関数として取り扱うことにより、この半連続体モデルを改良する。$$kappa$$以外のパラメータには既知の実験データ及びそれらから導いた関係を用いる。$$kappa$$は、改良した半連続体モデルによる比熱の計算値を実験値に一致させることにより、温度の関数として求める。改良した半連続体モデルは、360K以下の広い温度範囲にわたって比熱の実験値をよく説明し、その温度範囲で熱伝導などの解析に用いることができる。$$kappa$$は温度上昇とともに著しく減少するが、これはout-of-planeモード振動のsofteningが起こることを示す。比熱の実験曲線の温度による2階微分は格子振動の振動数分布についての情報を与える。低温比熱の解析から、C$$_{44}$$の室温の値は0.415$$times$$10$$^{11}$$dyn/cm$$^{2}$$であると確定される。

報告書

A Study on density, melting point, thermal expansion, creep, thermal diffusivity and thermal conductivity of the simulated rock-like oxide (ROX) fuels

柳澤 和章; 大道 敏彦*; 白数 訓子; 室村 忠純; 松田 哲志*

JAERI-Tech 99-032, 65 Pages, 1999/03

JAERI-Tech-99-032.pdf:3.23MB

便宜的にPuO$$_{2}$$をUO$$_{2}$$で代替した模擬岩石型燃料を製造し、炉外試験に供した。得られた主たる知見は以下のとおり。(1)模擬岩石燃料のガス置換密度(GID)は、4.9から5.4g/ccの範囲であり、その値はUO$$_{2}$$の47-52%であった。(2)模擬岩石燃料の融点(MP)は1,911$$pm$$39$$^{circ}$$Cであり、UO$$_{2}$$の融点より30%低かった。(3)線膨張係数(LTE)は、温度1500$$^{circ}$$Cまで模擬岩石燃料とUO$$_{2}$$燃料に差異はなかった。(4)模擬岩石燃料のクリープ速度はMgAl$$_{2}$$O$$_{4}$$成分に強く依存した。(5)硬度(Hv)はMgAl$$_{2}$$O$$_{4}$$の構成成分であるAl$$_{2}$$O$$_{3}$$に対して敏感で、その量の増加によって模擬岩石燃料はより硬くなった。温度300$$^{circ}$$Cまでの範囲で模擬岩石燃料とUO$$_{2}$$の硬度を比較したが、前者は後者に比べ著しく大きかった。(6)熱拡散率に関して、模擬岩石燃料とUO$$_{2}$$との間に大きな差異はない。同様に、模擬岩石燃料とGd$$_{2}$$O$$_{3}$$を10wt%まで添加したUO$$_{2}$$燃料との間の熱拡散率にも差異はなかった。模擬岩石燃料の熱伝導率とUO$$_{2}$$のそれとに差異はなかった。

報告書

MOSRA-Light; ベクトル計算機のための高速3次元中性子拡散ノード法コード

奥村 啓介

JAERI-Data/Code 98-025, 243 Pages, 1998/10

JAERI-Data-Code-98-025.pdf:10.15MB

MOSRA-Lightは、4次の多項式展開ノード法(NEM)に基づく、X-Y-Z体系3次元中性子拡散計算コードである。4次のNEMはメッシュ幅に敏感でないため、20cm程度の粗メッシュを使用しても正確な計算が可能である。未知数の数が劇的に少なくなるため、非常に高速な計算が可能となる。更に、本コードではベクトル計算機に適した「境界分離チェッカーボードスウィープ法」を新たに開発して採用した。この方法は、問題の規模が大きくなるほど高速化率も増大するため、極めて効率的である。PWR炉心計算の例では、スカラー計算との比較で20倍~40倍の高速化率が得られた。ベクトル化と粗メッシュ法の両効果を合わせると、従来の有限差分法に基づくスカラーコードに比べて1000倍以上の高速化率となる。

論文

Thermal expansion and thermal conductivity of cesium uranates

高野 公秀; 湊 和生; 福田 幸朔; 佐藤 正知*; 大橋 弘士*

Journal of Nuclear Science and Technology, 35(7), p.485 - 493, 1998/07

 被引用回数:3 パーセンタイル:65(Nuclear Science & Technology)

酸素ポテンシャルの高い酸化物燃料中において生成することが熱力学的に予測されているCs$$_{2}$$UO$$_{4}$$とCs$$_{2}$$U$$_{2}$$O$$_{7}$$を、U$$_{3}$$O$$_{8}$$とCs$$_{2}$$CO$$_{3}$$から調整し、熱膨張率及び熱伝導率を測定した。高温X線回折法による格子定数の温度依存性から求めたCs$$_{2}$$UO$$_{4}$$の線熱膨張は、室温から973Kまでで1.2%であり、Cs$$_{2}$$U$$_{2}$$O$$_{7}$$については1073Kまでで1%であった。CS$$_{2}$$UO$$_{4}$$とCs$$_{2}$$U$$_{2}$$O$$_{7}$$のディスク状試料を作製し、レーザーフラッシュ法により熱拡散率を測定した。測定値に密度と比熱を掛け、熱伝導率を温度の関数として決定した。100%理論密度に換算したCs$$_{2}$$UO$$_{4}$$の熱伝導率は980Kで1.18W/mKでありUO$$_{2}$$の約30%であった。Cs$$_{2}$$U$$_{2}$$O$$_{7}$$については1093Kで0.94W/mKであり、UO$$_{2}$$の約27%であった。

論文

Thermal expansion and thermal conductivity of Cs$$_{2}$$CrO$$_{4}$$

高野 公秀; 湊 和生; 福田 幸朔; 佐藤 正知*; 大橋 弘士*

Journal of Alloys and Compounds, 278, p.277 - 282, 1998/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:78.77

高速炉燃料中でステンレス被覆管内面に生成する可能性があるCs$$_{2}$$CrO$$_{4}$$について、高速X線回折法により測定した格子定数の温度依存性から、熱膨張率を決定した。室温から873Kまでの熱膨張率は2.34%であり、UO$$_{2}$$の約4倍、ステンレス鋼の2倍以上であった。ディスク状試料について、レーザーフラッシュ法により熱拡散率を測定し、密度と比熱の文献値から熱伝導率を決定した。100%理論密度での値に換算した熱伝導率は、800Kで0.40W/mKであり、これはUO$$_{2}$$の10%以下、また、U$$_{0.8}$$Pu$$_{0.2}$$O$$_{1.98}$$の12%以下であった。

論文

Thermal expansion and thermal conductivity of cesium molybdate

湊 和生; 高野 公秀; 福田 幸朔; 佐藤 正知*; 大橋 弘士*

Journal of Alloys and Compounds, 255, p.18 - 23, 1997/00

 被引用回数:10 パーセンタイル:37.82

モリブデン酸セシウムの熱膨張率及び熱伝導率を測定した。熱膨張率は、高温X線回折法による室温から773Kまでの格子定数の温度依存性から導出した。Cs$$_{2}$$MoO$$_{4}$$の線熱膨張率は、773Kにおいて約2%であり、UO$$_{2}$$の線熱膨張率の4倍以上であった。熱伝導率は、レーザーフラッシュ法により熱拡散率を室温から1000Kまで測定し、かさ密度及び比熱容量の文献値を用いて導出した。Cs$$_{2}$$MoO$$_{4}$$の熱伝導率は、400K以上で温度の上昇とともに増加した。Cs$$_{2}$$MoO$$_{4}$$の熱伝導率は、300KにおいてUO$$_{2}$$の熱伝導率の約5%であり、1000Kにおいては20%以下であった。

論文

Electron spectra from doublet and quartet states of N$$^{4+}$$(1s3l3l') produced by 60keV N$$^{6+}$$+H$$_{2}$$,O$$_{2}$$ collisions

中村 信行*; 粟谷 容子*; F.J.Currell*; 神原 正*; 金井 保之*; 北澤 真一; 小出 美和*; 大谷 俊介*; U.I.Safronova*; 鈴木 洋*; et al.

Journal of Physics B; Atomic, Molecular and Optical Physics, 29, p.1995 - 2006, 1996/00

60keV N$$^{6+}$$+H$$_{2}$$,O$$_{2}$$衝突により生成されたN$$^{4+}$$(1s3l3l')の2重項、4重項状態からの放出電子は、0度電子分光法により高い精度で観測されている。H$$_{2}$$気体との衝突では、2重項状態だけが観測された。O$$_{2}$$気体を標的にしたときには2重項も4重項も観測された。Z展開(MZコード)と多配置ハートリー-フォック(Cowanコード)という2つの理論的な方法が放出電子のスペクトル中のピークを同定するのに用いられた。相関効果の寄与は、他の理論的なエネルギーの値と比較して論じられている。

論文

Thermal properties of cesium molybdate

湊 和生; 高野 公秀*; 佐藤 正知*; 大橋 弘士*; 福田 幸朔

Transactions of the American Nuclear Society, 74, p.95 - 96, 1996/00

Cs-Mo-O系の複合酸化物Cs$$_{2}$$MoO$$_{4}$$の熱膨張率(格子定数変化率)及び熱拡散率を測定した。熱膨張率は、高温X線回折により、コーエン法を用いて格子定数を温度の関数として得た。各結晶軸の熱膨張率には、異方性が見られた。Cs$$_{2}$$MoO$$_{4}$$の幾何平均の線熱膨張率は、UO$$_{2}$$の3倍以上であった。熱拡散率は、レーザーフラッシュ法により測定し、かさ密度及び比熱の文献値を用いて熱伝導率を算出した。熱拡散率には、841Kにおける相転移のために、不連続性が認められた。Cs$$_{2}$$MoO$$_{4}$$の熱伝導率は、UO$$_{2}$$の2分の1以下の小さな値であった。

論文

Effect of selection of calculation parameters in discrete ordinate code DOT3.5 for analyses of fusion blanket integral experiments in JAERI-USDOE collaborative program

大山 幸夫; 小迫 和明*; 今野 力; 池田 裕二郎; 前川 藤夫; 前川 洋

Fusion Engineering and Design, 28, p.636 - 641, 1995/00

核融合ブランケットに関する日米協力計画の基で1984年以来、模擬ブランケットを用いた種々の積分中性子工学実験を行ってきた。この中のフェーズII実験では、炭酸リチウム包囲層を用いた第2段階の核融合炉模擬を行いターゲット室壁からの反射中性子の抑制と入射スペクトル模擬を行った。この計画では、離散座標コードDOT3.5とモンテカルロコードMORSE-DDを用いて解析を行ったが、本論文ではDOT3.5の計算パラメータの選択が計算結果に及ぼす影響を比較計算によって調べた。計算比較はフェーズIIの4つの体系について行い、計算パラメータとして群構造、ルジャンドル展開次数、角度分点、空間メッシュのサイズを取り上げた。結果は、粗い群では、体系深さとともに高エネルギー中性子を過小、低エネルギー中性子を過大評価し、粗い空間メッシュでは低エネルギー中性子に対して最大20%の影響を与えた。その他のパラメータの効果は1-2%であった。

論文

Metastable states population densities in Gd atomic beam at high-rate evaporation by electron beam heating

西村 昭彦; 有澤 孝; 大場 弘則; 柴田 猛順

J. Vac. Sci. Technol., A, 11(4), p.1516 - 1521, 1993/07

原子法レーザー同位体分離の実用化のためには、電子ビーム加熱により発生させた原子蒸気の特性を知ることが重要である。ここでは、低いエネルギーの準安定準位分布を多く有するガドリニウムを用いて、レーザー光照射部の原子密度が10$$^{12}$$個/cm$$^{3}$$オーダーの高い密度下においてレーザー光吸収により準安定準位密度分布の測定を行ない以下の特性を明らかにした。1.準安定準位密度分布から求めた原子励起温度は蒸発面温度より遙かに低く、蒸発速度の増加につれてさらに低下し500K程度となる。2.原子蒸気中には高真空中への急激な膨張によるクラスター生成の可能性はほとんどない。

論文

Angular distribution of gadolinium vapor produced by electron beam heating

西村 昭彦; 蕪木 英雄; 大場 弘則; 柴田 猛順

Journal of Nuclear Science and Technology, 30(3), p.270 - 273, 1993/03

 被引用回数:12 パーセンタイル:18.14(Nuclear Science & Technology)

加速電圧20kVの直進型電子ビームを中心軸から30度の角度でるつぼ内のガドリニウムに照射し、高密度原子蒸気を発生させた。蒸発面上部に設置した蒸気トラップ板に取り付けられた48枚の金属プレートへの蒸着による重量増加を秤量し、蒸気の角度分布を測定した。蒸気の中心軸に対してほぼ対称な蒸着分布が得られた。この蒸着分布を$$rho$$$$_{0}$$cos$$^{n}$$$$theta$$分布に最小自乗フィッティングして、角度分布の広がりを決めるパラメータnを求めた。蒸発が少ない状態ではnの値はほぼ1であるが、蒸発量の増加とともにnの値は増加し約5程度で飽和する傾向を示した。また、蒸着速度から蒸発面でのクヌーセン数の逆数の関係を求めた。この関係は直接シミュレーションモンテカルロ法による計算結果と良い一致を示した。従って、ここでのシミュレーションにより、電子銃加熱蒸発させた蒸気の角度分布を予測できることが明らかとなった。

論文

Metastable dissociation of multiphoton-ionized xenon clusters

山田 康洋; 高柳 敏幸; 古川 勝敏; 大野 新一

Rapid Commun. Mass Spectrom., 5, p.303 - 306, 1991/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:89.33(Biochemical Research Methods)

キセノン気体のジェット噴射により生成するXeクラスターを多光子(266nm)イオン化させ、その分解過程(Xen$$^{+}$$$$rightarrow$$Xe$$_{n-1+}$$+Xe;n=2~19)をTOF質量分析計を用いて研究した。分解速度はクラスターの大きさnに依存し、nの大きさとともに増大すること、とくにn=14のときに分解速度が大きいことなどが判った。

論文

Measurements of thermal conductivity and thermal expansion of an isotropic graphite by thermal shock method

荒井 長利; 三木 相煥*; 宇賀地 弘和; 奥 達雄*; 磯崎 孝則; 本田 幸雄*

11th Int. Symp. on Carbon New Processing and New Applications; Extended Abstracts,Vol. 1, p.15 - 161, 1990/11

熱衝撃破壊及び熱疲労破壊を研究するため、円板試料の熱衝撃試験を開始した。この試験の第一段階として、黒鉛中空孔付き円板試験片を高周波誘導により熱衝撃的に加熱し、その際、試験片内の温度分布を測定、解析すること及び試験片の外径をレーザーマイクロゲージにより推定することにより、温度の関数として熱伝導率及び熱膨張係数を決定する測定原理及び装置を開発した。なお、供試材として、高温工学試験研究炉(HTTR)用炉心黒鉛構造物の製作に用いられる微粒等方性黒鉛IG-11を使用した。本論文では、本試験法の測定原理と装置の概要を説明すると共に、本試験により等方性黒鉛の熱伝導率及び熱膨張係数を室温から約2000$$^{circ}$$Cまでの範囲について測定した結果を報告する。さらに、従来法による値と比較検討することにより、本試験法が妥当であり、しかも高温域での測定に於いて、かなり有効であることを示す。

論文

Numerical simulation of turbulent gas-particle fluid flow and heat transfer

功刀 資彰; M.Z.Hasan*; ARIESチーム

Proc. of IEEE 13th Symp. on Fusion Engineering, Vol. 2, p.882 - 885, 1989/00

ARIESプロジェクト研究は、トカマク型動力炉の概念計を米国内の各研究期間の協力の下に行うものである。この研究プログラムに1988年から原研も参加しており、その第1段階であるARIES-I設計が決定された。この設計では、ブランケットはSiC複合材で構成され冷却材として固体粒子(5~10$$mu$$m)を混入したCO$$_{2}$$ガスが用いられることになっている。微小固体粒子の混入によって、系の圧力を上げることなく、高い伝熱性能が得られる。しかし、その伝熱流動の詳細な機構は不明であるため、本研究では著者の一人が既に開発したコードを大幅に修正して固気混相流のシミュレーションを円管内乱流と急拡大管内乱流について実施した。その結果、固体粒子による乱流強度の増加が示され、熱伝達増大の機構が検討された。

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