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報告書

加速器駆動核変換システムビーム窓とLBEの核解析

中野 敬太; 岩元 大樹; 西原 健司; 明午 伸一郎; 菅原 隆徳; 岩元 洋介; 竹下 隼人*; 前川 藤夫

JAEA-Research 2021-018, 41 Pages, 2022/03

JAEA-Research-2021-018.pdf:2.93MB

加速器駆動核変換システム(ADS: Accelerator-Driven System)の構成要素の一つであるビーム窓の核特性を粒子・重イオン輸送計算コードPHITS及び誘導放射能解析コードDCHAIN-PHITSを用いて評価した。本研究では日本原子力研究開発機構が提案するADSの運転時にビーム窓内部に生成される水素やヘリウム等の量、高エネルギー粒子により引き起こされるビーム窓材の原子弾き出し数、ビーム窓内部の発熱量及び分布を導出した。また、中性子源標的及び冷却材として用いられる鉛ビスマス共晶合金(LBE)中の生成核種、発熱密度及び放射能分布を求めた。ビーム窓解析の結果、300日間のADSの運転によりビーム窓中に最大で約12500appmのH及び1800appmのHeの生成と62.1DPAの損傷が発生することが判明した。一方で、ビーム窓内の最大発熱量は374W/cm$$^3$$であった。LBEの解析では、$$^{206}$$Biや$$^{210}$$Poが崩壊熱及び放射能の支配的な核種であることが判明した。さらに、陽子ビームによるLBE中の発熱はビーム窓下流5cm付近が最大であり、945W/cm$$^3$$であることがわかった。

論文

Irradiation performance of uranium-plutonium mixed nitride fuel pins in JOYO

井上 賢紀*; 岩井 孝; 荒井 康夫; 浅賀 健男*

Proceedings of GLOBAL2003 Atoms for Prosperity; Updating Eisenhower's Global Vision for Nuclear Energy (CD-ROM), p.1694 - 1703, 2003/11

スミア密度を変えたウラン・プルトニウム混合窒化物燃料ピン2本を、高速実験炉「常陽」で燃焼度約4.3at.%(約40GWd/t)まで照射した。ピーク線出力は75kW/m、オーステナイトステンレス鋼被覆管最高温度は約906Kであると評価された。燃料ペレットと被覆管のギャップ幅の狭い高スミア密度の燃料ピンでは、ペレットのスエリングに起因した被覆管との間の機械的相互作用により、ほぼ等方的な直径増加が観測されたのに対し、ギャップ幅の広い低スミア密度の燃料ピンでは、ペレットのリロケーションに伴う機械的相互作用により、非等方的な直径変化が観測された。半径方向の気孔分布と結晶粒内に保持されたキセノン量の分布を用いた温度解析を行い、ペレットのスエリングが顕著となるしきい温度を評価した。

報告書

低温プラズマ存在下における被覆管材の水素透過挙動の評価

小河 浩晃*; 木内 清

JAERI-Research 2002-037, 48 Pages, 2002/12

JAERI-Research-2002-037.pdf:2.57MB

革新的軽水炉燃料被覆管材の長期健全性にかかわる水素-金属相互作用に関する基礎検討として、原研開発材25Cr-35Ni系合金とNbライナー材、及び、比較材として従来被覆管仕様ステンレス鋼,現用軽水炉被覆管材ベース金属Zr、及びNiの5つの材料間の水素透過挙動の違いを、放射線励起効果の観点から基礎評価した。RF駆動型低温プラズマ源を用いた励起水素透過試験装置を整備して、同一水素分圧で低温プラズマと熱平衡の水素透過の温度依存性及び電場のバイアス効果等を解析した。低温プラズマ励起による水素透過の促進傾向が全材料の中低温領域に見られ、約530K以下の低温側の水素透過挙動は水素-欠陥相互作用に伴い変化した。NbはZrのような水素化物脆化を生じずに多量に水素が固溶出来る水素ゲッター材としての適性が確認された。電場効果では、電子引き込み条件に依存した水素透過能の増大傾向を示し、表面直上の低速電子励起効果の重要性が確認された。水素溶解の新モデルを構築して材料間の励起水素透過の促進傾向の違いを評価した。

論文

Density, porosity and grain size, 2; Irradiated ROX fuels to burn-up of 28%FIMA

柳澤 和章; 山下 利之; 金澤 浩之; 天野 英俊; 室村 忠純

Journal of Nuclear Science and Technology, 36(12), p.1153 - 1159, 1999/12

https://doi.org/10.3327/jnst.36.1153
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)

JRR-3Mを用いて岩石型(ROX)燃料の照射を燃焼度27MWd/kgPu(28%FIMA)まで実施した。照射後試験より得られた結果は以下のとおり。(1)照射によりROX-SZRの燃料密度は、4.6g/cc(82%TD)から3.4g/cc(61%TD)まで減少した。一方ROX-ThO$$_{2}$$の燃料密度も、5.2g/cc(83%TD)から3.4g/cc(55%TD)まで減少した。(2)ROX-SZRの気孔率は、18から39%に増加した。一方、ROX-ThO$$_{2}$$のそれも17から46%に増加した。本件の場合、気孔率の増加即ち非拘束ガス気泡スエリングは気孔の集塊に起因していると考えられるが、その気孔集塊にはROX燃料成分であるAl$$_{2}$$O$$_{3}$$及びPuAl$$_{11}$$O$$_{18}$$が重要な役割を果たしていると推察された。(3)無拘束ガス気泡スエリング率は、ROX-SZRについては1%FIMA当たり0.8%$$Delta$$V/V、ROX-ThO$$_{2}$$については同じく1%FIMA当たり1%$$Delta$$V/Vと推定された。UO$$_{2}$$のそれは、1%FIMA当たり1%V/Vである。したがって、無拘束ガス気泡スエリング率に関しては、ROX燃料とUO$$_{2}$$に有意な差はない。

論文

Heavy ion beam probe diagnostic system on JFT-2M

井戸 毅*; 浜田 泰司*; 西沢 彰光*; 川澄 義明*; 三浦 幸俊; 神谷 健作*

Review of Scientific Instruments, 70(1), p.955 - 958, 1999/01

https://doi.org/10.1063/1.1149474
 被引用回数：34 パーセンタイル：84.83(Instruments & Instrumentation)

核融合科学研究所との協力研究により、プラズマ中の電場分布と密度揺動などを測定する重イオンビームプローブ計測装置をJFT-2Mに設置した。本装置では、重イオンビーム(タリウムイオン)のトカマクへの入口と出口で、トロイダルとポロイダル方向に掃引するビーム軌道制御が可能である。これによって観測領域をプラズマのコアからエッジにわたる領域に広げ、かつビームエネルギーの測定誤差を抑制することができる。この時、サンプルボリュームの発散または多重サンプルボリュームが現れ、これらの現象が較正に悪影響を及ぼすことが危惧された。しかし軌道計算の結果からはそれらのポテンシャル計測に対する較正には悪影響はなく、逆にそれらはある特定のパラメータ領域に現れるので、これを用いて軌道計算と実験データの比較が容易になることが示された。

論文

Irradiation behavior of high uranium-density alloys in the plate fuels

宇賀神 光弘; 伊藤 昭憲; 赤堀 光雄; 大岡 紀一; 中倉 優一

Journal of Nuclear Materials, 254(1), p.78 - 83, 1998/00

https://doi.org/10.1016/S0022-3115(97)00347-4
 被引用回数：22 パーセンタイル：88.89(Materials Science, Multidisciplinary)

U$$_{6}$$Me系合金U$$_{6}$$Mn,U$$_{6}$$Fe$$_{0.6}$$Mn$$_{0.4}$$,U$$_{6}$$Ni$$_{0.6}$$Fe$$_{0.4}$$とU$$_{3}$$Si$$_{0.8}$$Ge$$_{0.2}$$とを燃焼度53~57%、燃料温度約190$$^{circ}$$Cで216日間照射した。試料形態は、燃料の粒子分散型と合金箔型のミニプレートである。Mn入りU$$_{6}$$Meの分散型ミニプレートは、この系で唯一報告されているU$$_{6}$$Feミニプレートに比較して、照射による厚み増加が少なく寸法安定性が改善された。一方、合金箔型では分散型よりもFPガス気泡の成長が抑制され燃料のスエリングが少なくなることがわかった。これは前者の方が、被覆材の拘束力による気泡成長に対する抑制効果が大きいためと考えられる。U$$_{6}$$MeとAlとの照射下での反応についても述べた。

報告書

Density limit in JT-60

鎌田 裕; 細金 延幸; 平山 俊雄; 常松 俊秀

JAERI-M 90-081, 18 Pages, 1990/05

JAERI-M-90-081.pdf:0.65MB

JT-60のリミター配位における密度限界について、一連のガスバフ及びペレット入射実験結果を用いて議論する。ペレット入射によって得られた村上係数はガスパフ時の1.5~2倍である。また、ペレット入射時における最大の村上係数は10~13$$times$$10$$^{19}$$m$$^{-2}$$T$$^{-1}$$であり、これは、高プラズマ電流/低q(q(a)=2.3~2.5)放電時に得られた。このようなペレット入射によって形成される電子密度分布はプラズマ中心で高い値をもつが、一方、周辺部(a/2$$<$$$$gamma$$)では、ガスパフ時と同程度の値となっている。これらのガスパフ及びペレット入射実験結果により密度上限はプラズマ周辺部でのパワーバランスによって理解できることがわかった。この時、有効電荷数、加熱パワー、周辺電子密度が重要なパラメータである。

論文

Confinement and fueling studies during additional heating phase in the JFT-2M tokamak

仙石 盛夫; JFT-2Mチーム

J. Nucl. Mater., 145-147, p.556 - 561, 1987/00

https://doi.org/10.1016/0022-3115(87)90399-0
 被引用回数：36 パーセンタイル：93.34(Materials Science, Multidisciplinary)

JFT-2MトカマクにおけるNBI加熱時の電子密度上昇に関連して、水素(H$$_{2}$$)及び重水素(D$$_{2}$$)の中性ガス圧力が、磁気シールドされた質量分析器により測定された。D$$_{2}$$の中性ガス圧力は、ある電子密度のしきい値(Nc~2.5$$times$$10$$^{1}$$$$^{3}$$cm$$^{-}$$$$^{3}$$;ジュールが加熱時,N'c~3.5$$times$$10$$^{1}$$$$^{3}$$cm$$^{-}$$$$^{3}$$:NBI加熱時)までは密度に比例して上昇するが、Ncを越えると密度に対して急激に上昇する。追加熱時における電子密度限界は、D$$_{2}$$ガス圧力(注入ガス)と相関があること及び密度上昇はガスパフで補給したD$$_{2}$$ではなく、壁から放出されるH$$_{2}$$ガスによるものであることが明らかにされた。

報告書

Density Measurements of Small Amounts of High-Density Solids by a Floatation Method

赤堀 光雄; 柴 是行

JAERI-M 84-167, 15 Pages, 1984/09

JAERI-M-84-167.pdf:0.38MB

少量の高密度試料に対する密度測定法として、浮子を使った浮遊法について検討を行い、浮子と適当な浮遊液を用いることにより、高密度物質の密度測定が少量の試料で可能となった。密度3.0gcm$$^{-3}$$の浮遊液と、1.5gcm$$^{-3}$$の浮子を用いた場合、密度5、10および20gcm$$^{-3}$$の試料0.1gで、各々$$pm$$0.002、$$pm$$0.01および$$pm$$0.05gcm$$^{-3}$$よりも高い精度で密度測定が可能であり、これは体積精度にしても$$pm$$1$$times$$10$$^{-5}$$以下に相当する。密度が約9.55gcm$$^{-3}$$の(Th, U)O$$_{2}$$ペレットを用いた測定では、適当な脱ガス処理をすることにより、約0.1gの試料で$$pm$$0.05%より高い精度で密度が測定できた。

論文

Level density based on the degenerate single particle levels

馬場 宏

Progress of Theoretical Physics, 55(3), p.721 - 733, 1976/03

https://doi.org/10.1143/PTP.55.721
 被引用回数：0

等間隔の粒子準位に対する核準位密度を、準位の非連続性を保持したままで導びいた。式の誘導は極めて正確であり、事実上、サドル点近似以外の近似は導入されていないと考えてよい。得られた結果は、同じ非連続帯モデルであるRosenzweig近似ならびに通常の連続帯近似の結果と比較された。非連続帯モデルであるRosenzweig近似は、充分大きな原子核に対しては、核温度のかなり広い範囲にわたって正確であることが見出され、今回のより正確な計算の結果と比較した場合、僅かに準位間隔の2~3倍の励起エネルギー以下の範囲でのみ明らかな差異が認められた。さらに、ここで採用した準位構造に対して考案されたlevel countingの結果を基にして、今回の結果をも含めた種々の準位密度について定量的な考察が行なわれた。

論文

Radiation synthesis of hydrogen cyanide from nitrogen-ethylene system; Effect of temperature, gas density, and reactor wall

池添 康正; 佐藤 章一; 団野 晧文

Bulletin of the Chemical Society of Japan, 46(4), p.1154 - 1158, 1973/04

https://doi.org/10.1246/bcsj.46.1154

窒素-エチレン系からの放射線によるシアン化水素生成が、吸収線量、照射温度、ガス密度、ガス組成、反応容器の壁面等に依存することを見出した。高温においては、G(HCN)値は全ガス密度が小さいと大きくなる。室温においては、エチレン分圧が高いとG(HCN)値は大きくなる。反応容器の壁面はG(HCN)に大きな影響を及ぼす。最も大きいG(HCN)として4.2という値が得られた。シアン化水素生成のメカニズムとして次の2つの反応が提供された。N(or N$$^{+}$$)+c$$_{2}$$h$$_{4}$$$$rightarrow$$HCN+CH$$_{3}$$(or CH$$_{3}$$$$^{+}$$(2)N$$_{2}$$$$^{ast}$$(orN$$_{2}$$$$^{ast}$$$$^{ast}$$)+C$$_{2}$$H$$_{4}$$$$rightarrow$$HCN+oHlersz(3)反応(3)は高温および高エチレン分圧下において加速される反応である。室温においてもエチレン分圧の高いところでは反応(3)は反応(2)に優越している。

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