Pore connectivity influences mass transport in natural rocks; Pore structure, gas diffusion and batch sorption studies

Yuan, X.*; Hu, Q.*; Lin, X.*; Zhao, C.*; Wang, Q.*; 舘 幸男; 深津 勇太; 濱本 昌一郎*; Siitari-Kauppi, M.*; Li, X.*

Journal of Hydrology, 618, p.129172_1 - 129172_15, 2023/03

https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2023.129172

Mass transport in geomedia as influenced by the pore structure is an important phenomenon. Six rocks (granodiorite, limestone, two chalks, mudstone, and dolostone) with different extents of heterogeneity at six different particle sizes were studied to describe the effects of pore connectivity on mass transport. The multiple methods applied were porosity measurement, gas diffusion test, and batch sorption test of multiple ions. Porosity measurement results reveal that with decreasing particle sizes, the effective porosities for the "heterogenous" group (granodiorite and limestone) increase, whereas the porosities of "homogeneous" group (chalks, mudstone, and dolostone) roughly remain constant. Gas diffusion results show that the intraparticle gas diffusion coefficient among these two groups, varying in the magnitude of 10 to 10 m/s. The batch sorption work displays a different affinity of these rocks for tracers, which are related to their mineral components. For granodiorite, mudstone, and dolostone, the adsorption capacity increases as the particle size decreases, due to higher specific surface area in smaller particle-size. In general, this integrated research of grain size distribution, rock porosity, intraparticle diffusivity, and ionic sorption capacity gives insights into the pore connectivity effect on both gas diffusion and chemical transport behaviors for different lithologies and/or different particle sizes.

FCAにおける高温ドップラー効果測定,4; モンテカルロ計算コードMVPによる箔加熱・反応率測定法の解析モデルの検討

安藤 真樹; 岡嶋 成晃

JAERI-Research 97-014, 22 Pages, 1997/03

JAERI-Research-97-014.pdf:0.77MB

箔加熱・反応率測定によるドップラー効果測定実験の解析を、1次元セル計算コードPEACO-Xを用いて球モデルで行うことを念頭に置き、反応率計算を精度良く行うことのできる計算モデルを得ることを目的とした。モンテカルロ計算によりモデル化の問題点として、炉心燃料セルの非均質効果による中性子スペクトルの相違とディスク形状箔の球モデル化に伴う自己遮蔽効果の相違の2点に着目し、ベクトル化連続エネルギー・モンテカルロ計算コードMVPを用い、1)炉心燃料セル非均質効果がドップラー効果の計算値に及ぼす影響。2)ディスク形状箔の球モデルとして適切なモデルの選択、について検討した。その結果、炉心燃料セルの均質化により、2keV以下のエネルギー領域においてUの中性子捕獲反応率への寄与が減少したが、ドップラー効果に対する炉心燃料セル均質化の影響は無視できる程小さいことが分かった。ディスク形状箔のU捕獲反応率のエネルギー分布を各球モデルでの値と比較した結果、背景断面積をディスク形状箔と等しくした球モデルが適切なモデルであることが分かった。

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100m程度になることが分った。

DELIGHT-6(Revised)コードとSRACコードによる高温ガス炉用球状燃料の核特性解析とその解析結果の比較検討

山下 清信; 新藤 隆一

JAERI-M 87-015, 31 Pages, 1987/03

JAERI-M-87-015.pdf:0.87MB

現在、日本原子力研究所が開発を進めている高温工学試験研究炉の試験計画の一つとして球状燃料を六角黒鉛ブロック内に装荷したペブル・イン・ブロック燃料の照射試験を予定している。そこで、高温ガス冷却・格子燃焼計算コ-ドDERIGHT-6(Revised)及び熱中性子炉体系標準解析コ-ドシステムSRACを用いて高温ガス炉用球状燃料の核特性解析を行うと共に、その解析精度の把握を目的として両コ-ドの解析結果の比較検討を行なった。主な特性解析項目を以下に示す。(1)格子無限増倍率 (2)燃焼特性 (3)燃料及び減速材の温度効果 これらの特性解析を通じて、両コ-ドで得られた核特性解析結果には良好な一致が見られたことから 両コ-ドにおける球状燃料に対する計算精度はほぼ同程度である事が明かとなった。

Double heterogeneity effect of fuel pin and subassembly in a fast power reactor

中川 正幸; 井上 英明*

Nuclear Science and Engineering, 53(2), p.214 - 228, 1983/00

原型炉クラスの高速炉において、燃料ピンとサブアッセンブリーの二重非均質性が、各種核特性に及ぼす効果を定量的に研究した。幾何形状に対しては、燃料ピンをスミアするモデルで充分精度が良いことを示した。また共鳴遮蔽因子に対しては、クラスター系での非物質効果を取りいれる方法を提案し、これによる計算結果を示した。非均質効果の大きさは、keffに対し0.5%、Naボイド反応度に対して26%、ドップラー反応度に対し7%、そして反応率分布に対しても重要であることを示した。

FCA-1集合体による非均質効果実験; FCAによる高速実験炉模擬実験報告

溝尾 宣辰; 白方 敬章; 野本 昭二; 安野 武彦; 弘田 実彌; 小西 俊雄*

JAERI-M 7886, 39 Pages, 1978/10

JAERI-M-7886.pdf:1.37MB

V-1集合休は高速実験炉「常陽」のモックアップのためにくまれた炉心である。この炉心の非均質効果を調べるためにBunching実験を行った。炉心の一部分の領域のBunching実験値より、それらの単純な算術和によって炉心全体のBunching効果を推定して、Bunching領域の大きさと炉心全体のBunching効果の推定値との関係を実験的に調べた。すなわち、円筒型炉心の動径上の数点において、抽出し全体をBunchingして、Bunching効果のr-dependenceを測定し(十字形実験)、炉心中心抽出しの1packづつをBunchingしてz-dependenceを測定した(Single Pack Bunching実験)。さらに、炉心内中性子の輸送についての異方性を考慮して、X-Y-Zの直交座標系の軸上数packをBunchingして、各軸上におけるBunching効果の空間依存性を調べ(Zone Bunching実験)、最後に炉心全体のBunchingを行った(Bulk Bunching実験)。

ESELEM 4: A Code for calculating fine neutron spectrum and multi-group cross sections in plate lattice

中川 正幸; 桂木 学; 成田 秀雄*

JAERI 1245, 46 Pages, 1976/07

JAERI-1245.pdf:2.29MB

高速炉の設計研究や臨界集合体における実験の解析には、多群計算が行なわれる。従ってその多群断面積の精度は重要な影響をもつ。ESELEM4コードは、核データファイルから、板状非均質系において、積分型輸送方程式を解き、詳細中性子スペクトルを求め、これを重みとして、多群断面積を計算する。従って炉定数セットより精度の高いものが作られる。詳細群巾は、0、0008レサジーで、2MeV以下を扱う。2MeV以上は粗群で扱う。計算時間とコアメモリーの短縮のため、種々の手法が用いられている。特にreurrenu tormulu は、減速の源を得る有用な手法である。又ライブラリーを作るために、別にPRESMコードも作成された、これらは、JAERI Fast セットと相補性のあるシステムとなる。

Analysis of sodium void reactivity measured in FCA V-1 assembly

中川 正幸; 高野 秀機; 桂木 学

Journal of Nuclear Science and Technology, 10(7), p.419 - 427, 1973/07

https://doi.org/10.3327/jnst.10.419

高速実験炉「常陽」のモックアップFCAV-1炉心で測定されたナトリウムボイド実験の解析を行った。実験は主に、単チャンネル及び多チャンネル広領域のものと、中心部分ボイドである。解析にはJAERI70群セットが用いられた。通常の均質2次元拡散計算では、計算値が中心部で実験値の0.6、炉心端で0.88であったが軸方向ストリーミング効果を入れることにより、すべて0.9程度の良い値が得られた。またセル非均質効果としてfluxの空間詳細構造を考慮した。この効果は、炉心中心部で、20%の負の寄与となる。一方炉定数の計算法でボイド効果に影響が大きいと思われる弾性散乱除去断面積の詳細計算を行い、もとのセットと比較検討した。