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論文

Effects of grain size on ultrasonic attenuation in type 316L stainless steel

Wan, T.; 直江 崇; 涌井 隆; 二川 正敏; 大林 寛生; 佐々 敏信

Materials, 10(7), p.753_1 - 753_17, 2017/07

 被引用回数:7 パーセンタイル:54.58(Materials Science, Multidisciplinary)

A lead bismuth eutectic (LBE) spallation target will be installed in the Target Test Facility (TEF-T) in the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). The spallation target vessel filled with LBE is made of type 316 stainless steel. However, various damages, such as erosion/corrosion damage and liquid metal embrittlement caused by contact with flowing LBE at high temperature, and irradiation hardening caused by protons and neutrons, may be inflicted on the target vessel, which will deteriorate the steel and might break the vessel. To monitor the target vessel for prevention of an accident, an ultrasonic technique has been proposed to establish off-line evaluation for estimating vessel material status during the target maintenance period. Basic R&D must be carried out to clarify the dependency of ultrasonic wave propagation behavior on material microstructures and obtain fundamental knowledge. As a first step, ultrasonic waves scattered by the grains of type 316 stainless steel are investigated using new experimental and numerical approaches in the present study. The results show that the grain size can be evaluated exactly and quantitatively by calculating the attenuation coefficient of the ultrasonic waves scattered by the grains. The results also show that the scattering regimes of ultrasonic waves depend heavily on the ratio of wavelength to average grain size, and are dominated by grains of extraordinarily large size along the wave propagation path.

論文

Effects of grain size and PCI restraint on the rim structure formation of UO$$_{2}$$ fuels

宇根 勝巳*; 野北 和宏*; 須澤 洋二郎*; 林 君夫; 伊藤 邦雄*; 栄藤 良則*

International Topical Meeting on Light Water Reactor Fuel Performance, 2, p.775 - 785, 2000/00

平成9年度まで旧燃料研究部燃料照射研究室と日本核燃料開発(NFD)の間で実施した共同研究の成果を含む発表である。NFDがOECDハルデン炉により被覆管拘束下で照射した燃料(平均60GWd/t)と、上記共同研究としてJRR-3により85-90GWd/tの高燃焼度照射した無拘束ディスク状燃料の状態を照射後試験によって調べ、比較検討した。無拘束(ディスク状)では、リム構造を形成する気泡が直径5~6$$mu$$mに異常成長していたのに対して、被覆管拘束下(ハルデン炉)では最大1.5-2$$mu$$mであり成長が抑制されていた。気孔率も無拘束の14-18%に対して、拘束下では7-8%と低かった。結論として、PCI拘束はリム構造形成に大きな影響を与え、その結果スエリング、FPガス放出、燃料温度に大きな影響を与える。

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

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(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

Density, porosity and grain size, 1; Unirradiated ROX fules

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(11), p.1052 - 1063, 1999/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:86.28(Nuclear Science & Technology)

2種類の岩石型燃料(以下、ROX-SZR及びROX-ThO$$_{2}$$)及び9種類の模擬岩石型燃料(PuO$$_{2}$$をUO$$_{2}$$で置き換えたもの)を作製した。これらの密度、気孔率及び結晶粒度を実験因子とした研究を行った。得られた結果は以下のとおり。(1)岩石型燃料の推定理論密度値は、ROX-SZRで5.6g/cc、ROX-ThO$$_{2}$$で6.2g/ccであることを見いだした。一方、これに相当する焼結密度値は前者で4.6g/cc、後者で5.2g/ccであった。岩石型燃料の密度はUO$$_{2}$$の約半分であった。岩石型燃料の百分率理論密度(%TD)は比較的低く82-83%TDの範囲にあった。気孔率は大きく(17-18%)、結晶粒径は小さい(2$$mu$$m)ことがわかった。(2)模擬岩石燃料の推定理論密度値は5.0-5.7g/ccの範囲にあった。一方、これに相当する焼結密度値は4.9-5.4g/ccの範囲にあった。模擬岩石燃料の密度は岩石燃料とほぼ同じであったが、UO$$_{2}$$の約半分であった。模擬岩石燃料の%TDは比較的大きく94-98%TDだった。気孔率は小さく($$<$$6%)、結晶粒径もまた小さい(3-4$$mu$$m)ことがわかった。

報告書

A Study on density, porosity and grain size of unirradiated ROX fules and simulated ROX fuels

柳澤 和章; 大道 敏彦*; 白数 訓子; 山下 利之; 木村 康彦; 小野澤 淳; 長島 久雄; 金澤 浩之; 金井塚 文雄; 天野 英俊

JAERI-Tech 99-044, 46 Pages, 1999/05

JAERI-Tech-99-044.pdf:4.66MB

未照射岩石型(ROX)燃料及び模擬岩石型燃料について、密度、気孔率及び結晶粒度に関する研究を実施し以下の結論を得た。(1)岩石燃料:推定理論密度(TD)値は、ROX-SZRで5.6g/cc、ROX-ThO$$_{2}$$で6.2g/ccであった。岩石燃料の理論密度値はUO$$_{2}$$(10.96g/cc)の約半分であった。本研究から得られた焼結(製造)密度は、ROX-SZRで4.6g/cc(82%TD)、ROX-ThO$$_{2}$$で5.2g/cc(83%TD)であった。%TDはUO$$_{2}$$のそれ(通常95%TD)よりかなり小さかった。平均気孔径は約3$$mu$$m、気孔率は17-18%の範囲にあった。結晶粒径は約2$$mu$$mであった。(2)模擬岩石燃料:推定理論密度値は約5.0-5.7g/ccの範囲にあった。模擬岩石燃料の理論密度値はUO$$_{2}$$の約半分であった。本研究から得られた焼結密度は約4.5-5.5g/ccの範囲にあった。模擬岩石燃料の%TDは94-98%TDと現行のUO$$_{2}$$並になった。平均気孔径は約4-8$$mu$$m、気孔率は6%以下であった。結晶粒径は約1-4$$mu$$mであった。

論文

Creep rupture properties of a Ni-Cr-W superalloy in air environment

倉田 有司; 辻 宏和; 新藤 雅美; 中島 甫

Journal of Nuclear Materials, 246(2-3), p.196 - 205, 1997/00

 被引用回数:13 パーセンタイル:27.68(Materials Science, Multidisciplinary)

1000$$^{circ}$$C付近の高温で使用することを目指して開発したNi-Cr-W超耐熱合金の棒材、板材、管材の900,1000,1050$$^{circ}$$Cにおける大気中クリープ破断特性を調べた。得られたクリープ破断データに対し、時間・温度パラメータ(TTP)を適用し、長時間クリープ破断強度を推定した。1000$$^{circ}$$Cで約10000時間を越える破断時間を示したクリープ曲線では、酸化強化による異常挙動が認められたため、それらのデータにはこれに対する補正を行った上でTTP法を適用した。適用したTTP法のうち、Larson-Miller法がOrr-Sherby-Dorn法より適合性に優れていた。ASTM No.2より大きな結晶粒の棒材及び板材のクリープ破断応力は、開発目標である1000$$^{circ}$$C,10万時間の破断応力9.8MPaを上回っていた。クリープ破断強度は、熱処理温度が高く、結晶粒径が大きくなるに従い、増加した。

報告書

Ni-Cr-W系超耐熱合金の大気中クリープ破断特性

倉田 有司; 辻 宏和; 新藤 雅美; 中島 甫

JAERI-Research 96-052, 48 Pages, 1996/10

JAERI-Research-96-052.pdf:2.71MB

1000$$^{circ}$$Cでの使用を目指して開発しているNi-Cr-W系超耐熱合金の棒材、板材、継ぎ目なし管材を用いて、900、1000、1050$$^{circ}$$Cのクリープ破断特性を調べ、長時間クリープ破断強度を検討した。この合金に対しては、代表的な時間・温度パラメータ法の中で、Larson-Miller法のあてはめ性が優れていた。1000$$^{circ}$$C、低応力の1万時間を越えるクリープ曲線では、酸化物により粒界クラックの進展が抑制され、クリープ速度が減速する異常クリープが認められた。そのため、このようなデータに対しては補正を行った。最適パラメータによる主破断曲線を用いて、各材料に対する1000$$^{circ}$$C、10万時間のクリープ破断応力の予測を行った。結晶粒径がASTM No.2より大きな棒材及び板材は、1000$$^{circ}$$C、10万時間の破断応力がこの合金の開発目標である9.8MPaを上回っている。

論文

Computation on fuel particle size capable of being regarded as homogeneous in nuclear criticality safety analysis

奥野 浩; 内藤 俶孝; 奥田 泰久*

Journal of Nuclear Science and Technology, 31(9), p.986 - 995, 1994/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:70.93(Nuclear Science & Technology)

核燃料施設で取扱われる粉末状燃料に対して、臨界安全評価上では最も厳しい状態として冠水状態がしばしば想定される。このような体系は非均質ではあるが、燃料粒径が非常に小さければ均質と見なしても反応度は殆ど変わらないであろう。水中に置かれた低濃縮の二酸化ウラン球状燃料粒塊の無限立方配列を対象に、濃縮度、水対燃料体積比及び燃料粒径を変えて中性子増倍率を計算した。計算には超多群衝突確率法計算コードを用いた。中性子増倍率の均質系からの変化割合は、共鳴を逃れる確率、次いで熱中性子利用率の変化割合に支配され、これらの量は低濃縮度ウラン(10wt%以下)、燃料粒径1mm以下では、平均ウラン濃度(または水対燃料体積比)に主に依存し、濃縮度に殆ど依存しないことが分かった。得られた関係式を用いることにより、均質と見なしてよい燃料粒径の大きさは無視しうる中性子増倍率の相対誤差との関係で決められる。

論文

Effect of fuel grain size on reactivity

奥野 浩; 内藤 俶孝; 桜井 良憲*

Journal of Nuclear Science and Technology, 28(10), p.958 - 960, 1991/10

核燃料施設で取扱われる粉末燃料の粒径がどの程度小さければ臨界安全評価上均質とみなしてよいかを明らかにするため、反応度が燃料粒径にどのように依存するかを調べた。粉末燃料は5wt%濃縮の二酸化ウランとした。評価条件として冠水状態を設定した。中心に球状燃料を配置した水の立方体セルの3次元無限配列を計算対象とした。水対燃料体積比は、均質系で最適減速になるように選んだ。計算には連続エネルギーモンテカルロ臨界計算コードVIMを使用した。計算の結果、中性子増倍率は燃料球直径の増加に伴い増大するが、その主因は共鳴を逃れる確率の増大にあることが明らかになった。さらに、共鳴を逃れる確率の均質系に対する増加傾向は、共鳴積分に対する燃料粒径の依存性を検討することにより説明されることが明らかになった。

報告書

二酸化ウラン燃料粒径の反応度に及ぼす効果; 連続エネルギーモンテカルロ法による計算

桜井 良憲*; 奥野 浩; 内藤 俶孝

JAERI-M 91-137, 35 Pages, 1991/09

JAERI-M-91-137.pdf:0.88MB

粉末あるいはスラリー燃料の反応度非均質効果を調べるため、小さな3次元セルについての臨界計算を実施した。計算対象は$$^{235}$$U濃縮度5wt%の二酸化ウラン球状燃料無限格子配列-水体系で、水と燃料の体積比を一定のまま燃料球直径を0(均質)から6mmの間で変化させた。中性子輸送方程式を連続エネルギーモンテカルロ法で解いて、反応率を計算した。さらに、無限増倍率、四因子及びそれらの均質系からの変化割合を得た。均質系から比均質系に移ると無限増倍率は増加した。この反応度増加が、主に共鳴を逃れる確率pによるものであることを確認した。さらに、たとえば0.3%の反応度上昇が無視できるとすれば、均質と見なせる寸法は100$$mu$$m程度になることが分った。

論文

Effect of additives on irradiation-induced change of lattice parameter in ThO$$_{2}$$

赤堀 光雄; 福田 幸朔

Journal of Nuclear Science and Technology, 28(9), p.841 - 847, 1991/09

少量の添加物(Nb$$_{2}$$O$$_{5}$$,CaO,Y$$_{2}$$O$$_{3}$$)を加えたThO$$_{2}$$の照射による格子定数変化を調べた。照射による格子定数の増加は、純ThO$$_{2}$$及び(Th,U)O$$_{2}$$よりも大きくなるが、添加物の種類、量による差異は認められなかった。また、結晶粒径の効果に関した簡単なモデルを提案した。

報告書

二酸化ウラン燃料粒径の反応度に及ぼす効果; 衝突確率法計算コードを用いた超多群計算による検討

奥野 浩; 奥田 泰久*

JAERI-M 91-107, 49 Pages, 1991/08

JAERI-M-91-107.pdf:1.09MB

粉末状またはスラリー状燃料の非均質効果を調べるために小さな1つの燃料塊とその周囲の水からなる微小な燃料セルの反応度を計算する。燃料の種類は低濃縮の二酸化ウラン燃料で、冠水状態を想定する。水と燃料の体積比を一定のまま燃料塊の大きさに応じてセルを小さくしていく。燃料塊の大きさ0の極限を均質と見なす。超多群エネルギーの中性子輸送方程式を衝突確率法で解く方法を用いて反応率を計算する。衝突確率の計算はRABBLEコード(高速群側)及びTHERMOSコード(熱群側)を球状セルに拡張して実施する。無限増倍率及び四因子と、その均質系からの変化割合を求める。低濃縮度(3~10wt%)の二酸化ウラン球状燃料と水からなる配列系では、平均濃度が同一としてそれを均質とみなすと、燃料粒径が2mmでも反応度を2%程度低く見積ること及びその主因子は共鳴を逃れる確率にあることが計算の結果明らかになった。

論文

A Convenient method of color measurement of marine sediments by colorimeter

長尾 誠也; 中嶋 悟*

Geochemical Journal, 25, p.187 - 197, 1991/00

 被引用回数:11 パーセンタイル:62.87(Geochemistry & Geophysics)

土壌や堆積物の色は、有機物、炭酸カルシウム、鉄、マンガン含量とその依存形態によって支配されているといわれている。従って、土壌や堆積物の色を定量的におさえることにより、土壌での放射性核種の挙動において重要な役割を演ずると考えられてるそれらの物質の鉛直、水平分布を現場で、簡単に把握することができる。そこで、簡単な色彩色差計を用い、土壌や堆積物の色を現場で測定できる方法の開発を試みた。色彩色差計により、海底堆積物の色を水を含んだ状態と乾燥させた状態で測定し、含水率の効果、粒径の効果等について検討を行なった。その結果、水を含んだ状態の海底堆積物の色は、主に水と堆積物固相の化学成分の濃度と存在形態によって支配されていることが明らかとなった。また、本方法の測定精度は8%以下であるため、充分、現場で用いることができる実用的な方法である。

論文

Release behavior of cesium in irradiated(Th,U)O$$_{2}$$

赤堀 光雄; 福田 幸朔

Journal of Nuclear Materials, 186, p.47 - 53, 1991/00

 被引用回数:14 パーセンタイル:18.53(Materials Science, Multidisciplinary)

低燃焼度(Th,U)O$$_{2}$$からのセシウムの放出挙動と照射後焼鈍法により調べた。放出された$$^{137}$$Csは水冷銅板により連続的に捕集し、直接測定を行なった。Cs放出率は結晶粒径及び燃焼度に強く依存し、その増加とともに減少することが解った。また、等価球モデルから求めたCs拡散の活性化エネルギーは低燃焼度で約460kJ/molで、Xe拡散の値よりも高いことが明らかとなった。

論文

Preparations for revising the criticality safety handbook of Japan

奥野 浩; 小室 雄一; 内藤 俶孝

Proc. of the 91 Int. Conf. on Nuclear Criticality Safety,Vol. 1, p.III-38 - III-43, 1991/00

日本原子力研究所では1988年に科学技術庁によって発行された日本初の臨界安全ハンドブックの改訂及び補追作業を行っている。この作業は仁科教授を主査とする作業グループの意見を反映する形で行われている。改訂版では反応度効果をより精細に取扱い、化学プロセスデータや事故評価データを加える予定である。改訂版に含まれる予定の2つの項目-燃料粒径の効果及び部分反射体の効果についてこの論文では述べる。

論文

Preparations for revising the criticality safety handbook of Japan

奥野 浩; 小室 雄一; 内藤 俶孝

Proc. of the CSNI Specialist Meeting on Safety and Risk Assessment in Fuel Cycle Facilities, p.103 - 109, 1991/00

日本原子力研究所では1988年に科学技術庁によって発行された日本初の臨界安全ハンドブックの改訂及び補追作業を行っている。この作業は仁科教授を主査とする作業グループの意見を反映する形で行われている。改訂版では反応度効果をより精細に取扱い、化学プロセスデータや事故評価データを加える予定である。改訂版に含まれる予定の2つの項目-燃料粒径の効果及び部分反射体の効果についてこの論文では述べる。

論文

Grain size dependence of thermal-shock resistance of yttria-doped tetragonal zirconia polycrystals

石塚 雅之*; 佐藤 次男*; 遠藤 忠*; 島田 昌彦*; 大野 英雄; 井川 直樹; 長崎 正雅

Journal of the American Ceramic Society, 73(8), p.2523 - 2525, 1990/00

 被引用回数:11 パーセンタイル:48.72(Materials Science, Ceramics)

Y$$_{2}$$O$$_{3}$$を添加して作製した正方晶ジルコニア多結晶体(Y-TZP)は高強度・高靱性を有する材料であり、耐熱性構造材料としての利用に期待されている。耐熱性構造材料として利用する場合、高い熱衝撃抵抗を有することが望ましいが、Y-TZPにおけるその値は熱膨張係数、ヤング率、熱伝導度等の物理的性質から予想される値に比べ著しく小さく、その改善が望まれる。本論文は、こうしたY-TZPに関して、熱応力によって引き起こされた微小亀裂付近の相変態挙動をレーザーラマン分光光度計を用いて分析し、粒子径変化に対する熱衝撃破壊挙動の観点から解析を行なったものである。その結果として、Y-TZPの粒子径が大きくなるに従って、微小亀裂付近の応力誘起相変態量が増加し、従って、熱衝撃抵抗が向上することを見出した。

論文

Crushing strength of fuel kernels for high-temperature gas-cooled reactors

赤堀 光雄; 柴 是行

Journal of Nuclear Science and Technology, 21(6), p.466 - 475, 1984/00

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

高温ガス炉用ThO$$_{2}$$および(Th、U)O$$_{2}$$燃料核の圧縮破壊強度を単純圧縮試験により推定し、その破壊機構に関連して検討した。破壊強度はワイブル分布を仮定して統計処理した。Hertzの接触理論の適用により、妥当な圧縮破壊強度を評価することができ、ThO$$_{2}$$核では1.7~1.9GPaの値を得た。燃料核の破壊強度と組織との間には密接な関連があり、結晶粒径が小さく、表面が清らかであるほど強度が高くなることがわかった。破壊は、粒径が小さい場合に粒内で、一方大きい場合には粒界で起こるようであった。接触面境界近くの表面、もしくは表面近傍にあるキズなどが破壊の源として働くことがわかった。

報告書

UO$$_{2}$$燃料の焼きしまり,2

柳澤 和章

JAERI-M 7807, 66 Pages, 1978/08

JAERI-M-7807.pdf:3.1MB

燃料体の照射挙動に関する研究の一環として実施したUO$$_{2}$$に関する焼きしまり実験の解析結果を終わらしたので報告する。焼きしまり挙動解析の為にi)照射条件、ii)ペレット製造条件、iii)軸方向圧縮力等の変数を用いた。結果は次の通りである。I)焼きしまりは4~8GWd/tUO$$_{2}$$の範囲で最大に達する。ii)・焼結温度の低いペレットは焼きしまりやすかった。・初期密度と焼きしまりには強い相関はなかったが、低密度のものは全体的に焼きしまりやすかった。・初期粒度と焼きしまりには比較的良い相関があり、10$$mu$$m以上の粒径をもったペレットでは殆んど焼きしまらなかった。・気孔分布と焼きしまりには強い相関があった。本報では特に気孔分布と焼きしまりの関係を詳しく解析した。また低密度、低粒度、低温焼結ペレットで殆んど焼きしまらなかったペレットについて詳しく考察した他、再焼結実験、ペレットの安定条件、圧縮力効果、最大焼きしまり推定モデルについても詳しく取り扱った。

報告書

画像解析装置(QTM)によるUO$$_{2}$$ペレットの粒度・気孔度および気孔分布の測定

柳澤 和章

JAERI-M 7289, 40 Pages, 1977/09

JAERI-M-7289.pdf:4.17MB

画像解析装置(QTM)を用いた焼きしまり実験解析で得られた知見および技術を明らかにした。QTMの粒径測定の性能は良好であった。そこでQTMを使用して焼きしまり実験に用いたUO$$_{2}$$ペレットの粒径測定を行ないその結果を示した。気孔および気孔分布測定上の問題点とその処理法を明らかにした。そこから得た知見に基づきUO$$_{2}$$ペレットの気孔分布を測定しその結果を示した。

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