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論文

Irradiation performance of HTGR fuel in WWR-K research reactor

植田 祥平; Shaimerdenov, A.*; Gizatulin, S.*; Chekushina, L.*; 本田 真樹*; 高橋 昌史*; 北川 健一*; Chakrov, P.*; 坂場 成昭

Proceedings of 7th International Topical Meeting on High Temperature Reactor Technology (HTR 2014) (USB Flash Drive), 7 Pages, 2014/10

カザフスタン共和国核物理研究所(INP)のWWR-K照射炉において、実用小型高温ガス炉の通常運転条件下での燃焼度100GWd/t-Uを目標とする高温ガス炉燃料を用いたキャプセル照射試験が実施されている。本照射試験は、国際科学技術センター(ISTC)の枠組のもとで原子力機構とINPが共同で実施する、カザフスタンでは初の高温ガス炉燃料照射試験である。本照射試験では、原子力機構が新たに、HTTRの燃焼度(最高33GWd/t-U)よりも高い100GWd/t-Uへの高燃焼度化設計を施した$$^{235}$$U濃縮度10%未満の低濃縮UO$$_{2}$$燃料核TRISO被覆燃料粒子を用いている。本照射試験に供したTRISO被覆燃料粒子および燃料コンパクト試料は共に、HTTR燃料製造技術にもとづいて日本の原子燃料工業が製造したものである。WWR-Kにおけるヘリウムガススウィープキャプセルおよびガススウィープ設備は共に、INPが設計・製作した。本照射試験は2012年10月に開始され、2015年2月末までに完了する予定である。本照射試験は燃焼度69GWd/t-Uに到達し、新設計のTRISO被覆燃料粒子の健全性を確認した。さらに、燃料設計時に予測した通り、製造時のSiC層破損粒子が照射中に追加破損したことによると考えられる核分裂生成物ガスの放出が観察された。

報告書

均一照射キャプセル開発のための試験報告

菊地 泰二; 石川 和義; 松井 義典; 板橋 行夫

JAERI-Tech 2004-043, 21 Pages, 2004/03

JAERI-Tech-2004-043.pdf:2.73MB

JMTRにおける原子炉材料の照射試験は、常に高い精度の照射温度,中性子照射量及び中性子スペクトルを要求されている。一般的な要求は、JMTRの最良な照射孔を選ぶことで対応している。しかし、より正確に行うためには、特殊な機構を持ったキャプセルを製作する必要がある。反射領域の照射の場合、中性子照射量は、キャプセル部品の中性子減衰により、炉心側と反対側では20$$sim$$30%の差が生じる。この照射量の不均一を緩和するため、サイクル間で遠隔による試料容器を反転させる構造とした。期待する中性子スペクトル(高速中性子/熱中性子の比)を得るために、核計算コードによってカドミウムの厚さを計算した。カドミウムは熱中性子を吸収する材料である。そのため、試料容器外側に必要な厚さのカドミウムめっきを施した。本報告では、反転機構を設けた均一照射キャプセルについて、(1)各種基礎試験,(2)その結果及び(3)実際の照射試験の評価結果について報告する。

報告書

スイープガスライン閉止栓の開発

菊地 泰二; 山田 弘一*; 齋藤 隆; 中道 勝; 土谷 邦彦; 河村 弘

JAERI-Tech 2004-026, 28 Pages, 2004/03

JAERI-Tech-2004-026.pdf:2.06MB

トリチウム増殖材の照射試験は、照射試験後に内部のトリチウム増殖材を取り出し、各種照射後試験が実施される。照射試験体を切断する際には、トリチウム増殖材装荷部からはトリチウムガス再放出が考えられること、また、切断時にスイープガス配管内にカナル内の水が流れ込まないようにする必要があることなどから、スイープガス配管を閉止する必要がある。しかしながら、スイープガス配管の閉止に際しては、中性子照射の影響や非常に小さい装荷スペース及び高い密封性能に加えて、簡便な操作方法にする必要があること等の諸要求条件から、既存のバルブやプラグ等を用いることができない。そのため、上記条件に適合する閉止栓を検討する必要がある。本書では、照射試験体切断時にスイープガス配管を閉止するための閉止栓の開発及び実際の照射試験体切断における閉止栓の操作要領について報告する。

報告書

照射キャプセル設計支援のための3次元温度計算用サブプログラムの開発

飛田 正浩*; 松井 義典

JAERI-Tech 2003-042, 132 Pages, 2003/03

JAERI-Tech-2003-042.pdf:7.19MB

炉内照射試験における照射温度の予測は、照射キャプセル設計において重要な項目の一つである。近年の照射試験では、種々の試験条件の要求に対応するため、複雑な構造のキャプセルが多く、照射温度の精度良い評価には、3次元計算を必要とするケースが増えている。しかし、3次元温度計算では一般に入力の作成等に複雑な作業を必要とし、多くのパラメータ計算を行う設計作業では大変な時間と労力を要する。このため、3次元有限要素法コードNISA1)(Numerically Integrated elements for System Analysis)の導入とともに、キャプセル設計者の入力作成作業を支援するサブプログラムを開発した。この結果、3次元温度計算がより容易に実施可能になるとともに、$$gamma$$発熱率の自己遮へいによる構造物内部での減衰等の効果,炉内照射に特有の効果も取り扱えるようになった。

報告書

光ファイバ貫通部のシール技術の開発; ハンダ付けシール及び銀ロー付けシール

松井 義典; 菊地 泰二; 角田 恒巳

JAERI-Tech 2002-060, 23 Pages, 2002/08

JAERI-Tech-2002-060.pdf:4.42MB

JMTRにおける最近の照射では、計装線に光ファイバを利用した照射試験が増加しつつある。これは、光ファイバの信号伝達が原子炉内のノイズの影響を受けにくいこと、最近の研究により耐放射線性に優れたものが開発されてきていることが大きな要因である。照射キャプセルでは計測線を取り出す場合、キャプセル本体の貫通部を完全にシールする必要があり、光ファイバも例外ではない。光ファイバ貫通部のシールについては信頼性の問題があったので、信頼性の向上のため、深海用光ケーブルのシールに使用されているハンダ付けシール及びその応用である銀ロー付けシールについて炉外試験を実施し、良好な結果が得られた。このため、実際の照射キャプセルにハンダ付けシールを用い、JMTRで5サイクル(約3000時間)の照射を実施した。この結果、シール性能の劣化は見られず、シールの信頼性が確認された。

報告書

IASCC照射試験のための水環境制御装置の線量当量率評価

飛田 正浩*; 板橋 行夫

JAERI-Tech 2002-042, 40 Pages, 2002/03

JAERI-Tech-2002-042.pdf:2.09MB

軽水炉の高経年化に関連して、照射誘起応力腐食割れ(IASCC;Irradiation Assisted Stress Corrosion Cracking)は炉内構造物の信頼性に関する重要かつ緊急の検討課題とされており、このような状況から、沸騰水型軽水炉(BWR)の炉内環境を模擬した照射試験を行うことができる高度材料環境照射装置をJMTRに設置するための設計検討を進めている。高度材料環境照射装置は、照射試験片を収納し炉内に装荷する飽和温度キャプセル、飽和温度キャプセルに高温高圧水を供給する水環境制御装置などから構成される。本報告書は、核種評価コードORIGEN-2と遮へい計算コードQAD-CGGP2を用いて、作業の安全性確保のために水環境制御装置が設置されるJMTR原子炉建家炉室B1Fのキュービクルの外壁表面における線量当量率の評価と、原子炉停止後にキュービクル内に立ち入る場合に最も高線量が予想される同装置のイオン交換塔遮へい体表面の線量当量率評価の結果についてまとめたものである。

論文

Development of 3-dimensional capsule temperature calculation program using FEM (NISA Code)

飛田 正浩*; 松井 義典

KAERI/GP-195/2002, p.87 - 95, 2002/00

材料試験炉部では、JMTRでの照射試験における試料温度の制御と評価の制度を向上させるため、キャプセルの設計に際し、照射試料及びキャプセル構造材内部の詳細な温度分布評価を3次元有限要素法コードNISA(Numerically Integrated elements for System Analysis)を用いて実施している。同コードを照射キャプセル設計に応用するにあたり、キャプセル構造及び解析条件等のデータ入力が容易になるよう種々の支援サブプログラムを開発した。これらのサブプログラムにより、キャプセルの設計時に従来の一次元温度評価では不可能だった試料ごとの詳しい温度評価が可能になっただけでなく、照射時の熱電対指示値に基づいてキャプセル内部の3次元的温度分布の評価もできるようになり、照射研究におけるデータの信頼性向上に役立っている。

論文

Development of new technique for temperature control of irradioation capsules

菅野 勝; 北島 敏雄; 本間 建三

KAERI/GP-195/2002, p.71 - 75, 2002/00

最近の照射試験では、原子炉材料の照射損傷機構の詳細な解明を目的として、原子炉起動・停止時などの過渡状態においても常に試料を一定温度に保つことによって温度変動の影響(低温照射効果)を除いた照射試験が要求されている。JMTRでは、照射キャプセルの温度制御に関して、従来の手動操作で行っていた制御方式を改良し、ガス層圧力調節系に、原子炉出力信号でガス層の圧力を調整する先行温度制御回路を組込み、ヒータ出力のフィードバック制御と併用して試料温度を制御する新たな方式を開発することで一定温度制御の自動制御システムを構築した。

論文

Overview of recent development on irradiation technique for the JMTR

小森 芳廣; 松井 義典; 板橋 行夫; 山浦 高幸; 長尾 美春

KAERI/GP-195/2002, p.59 - 69, 2002/00

材料試験炉部では、JMTRの照射能力を向上させ原子炉燃料,材料の照射研究の進展に対応すべく、照射技術,照射設備の開発を継続的に行っている。本報告は最近の照射技術開発の概要をまとめたものである。国内の軽水炉の長寿命化に対応して照射誘起応力腐食割れ(IASCC)に関する二つの大きな研究プロジェクトによる照射試験が2002年から計画され、このための照射試験設備の設計,製作,設置が、JMTR照射技術における過去5年間の主要かつ緊急の開発項目であった。1998年から同照射試験設備の設計検討を開始し、2002年3月に設置を終了し照射試験を開始した。この間、照射基礎研究等に対しては、照射温度測定のための新型モニタ,照射済み燃料棒への二重再計装技術,均一照射キャプセル等の開発を進め、照射利用に供した。

論文

Design, fabrication and irradiation experience of actinide-hydride fuel capsule in the JMTR

小森 芳廣; 雨澤 博男; 小向 文作; 鳴井 実*; 小無 健司*

KAERI/GP-195/2002, p.3 - 10, 2002/00

アクチニド水素化物燃料は高レベル廃棄物に含まれる長寿命アクチニドの核変換への応用を目的に研究されており、初めての照射試験がJMTRにて実施された。本報告ではこの照射試験のためのキャプセルの設計,製作及び照射結果についてまとめた。U/Th/Zr/Hの複合組成を有する燃料ペレットは合金化,水素化の過程を経て製作されたが、寸法誤差は予想範囲内であった。燃料ペレットからの水素の解離を防ぐため、照射温度は燃料ペレット表面で873K以下になるよう設計した。燃料ペレットはJMTRにて2サイクル照射され、測定された照射温度は設計値と良く一致した。また、燃料ペレットの燃焼度は0.2%FIMAに達した。

報告書

高燃焼度高温ガス炉用被覆燃料粒子の照射試験; 91F-1Aスィープガスキャプセル照射試験

沢 和弘; 飛田 勉*; 高橋 昌史; 斎藤 隆; 飯村 勝道; 横内 猪一郎; 芹澤 弘幸; 関野 甫; 石川 明義

JAERI-Research 2001-043, 52 Pages, 2001/09

JAERI-Research-2001-043.pdf:14.92MB

高温ガス炉の被覆燃料粒子は、高燃焼度条件下で被覆層内圧の上昇により破損に至る可能性がある。そのため、バッファ層の体積を大きくするとともに、SiC層を厚くするなどの対策により、内圧破損を防止する必要がある。この改良を行った被覆燃料粒子を約10%FIMAの高燃焼度まで照射した。照射は材料試験炉でスィープガスキャプセルを用いて行い、その後各種照射後試験を行った。その結果、照射初期には貫通破損粒子が無かったが、照射中に貫通破損が発生したことがわかった。照射後試験において、破損粒子を見つけだし、SEM及びEPMA観察を行った結果、内圧破損が生じた可能性が高いことがわかった。計算を行った結果、健全粒子は内圧には至らず、製造時SiC層破損粒子のPyC層の破損により、貫通破損に至った可能性があることがわかった。

論文

Nucleation of carbon onions and manocapsules under ion implantation at high temperature

阿部 弘亨

Diamond and Related Materials, 10(3-7), p.1201 - 1204, 2001/07

 被引用回数:14 パーセンタイル:40.51(Materials Science, Multidisciplinary)

カーボンオニオンの核形成・成長機構を明らかにすることを目的とし、銅基板への炭素イオン注入実験及び電子顕微鏡内イオン注入実験を行った。銅多結晶に注入温度300~700$$^{circ}C$$にて100keV C$$^{+}$$イオンを2$$times$$10$$^{18}$$C/cm$$^{2}$$まで注入した後、カーボンオニオンやナノカプセル状オニオン等を電顕観察した。また500$$^{circ}C$$における電子顕微鏡内イオン注入実験を行い、核生成・成長過程をその場電顕観察した。微細組織の注入温度・注入量・基板結晶性に対する依存性から、(1)微細な炭素クラスタあるいは母相内の格子欠陥等を核としたオニオンと(2)銅微粒子周囲に発達したグラファイト構造を核とするナノカプセルという2種類の核形成機構が判明した。また、オニオン形成過程のその場観察実験から、注入量のしきい値が求められ、オニオンが位相コントラストと歪コントラストの双方を有し、すなわち基板内部に形成されること、基板の照射誘起蒸発によって最終的には表面を集積することなどが明らかになった。

論文

Irradiation-coupling techniques using JMTR and another facility

松井 義典; 板橋 行夫; 清水 道雄; 辻 宏和

Journal of Nuclear Materials, 283-287(Part.2), p.997 - 1000, 2000/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)

JMTRではほかの照射施設との組合せ照射(カップリング照射)に成功した。カップリング照射はほかの照射施設の特徴とJMTRの特徴を生かすことで、新たな照射研究の環境を提供できるものと考える。この組合せる照射施設には、高速炉、加速器、軽水炉等が挙げられる。カップリング照射は照射済試料を再照射するため、試料をホットセル内でキャプセルへ組込み、組立てる必要がある。このため、遠隔での技術を確立し、通常検査をホットセル内で実施した。このキャプセルはホットセル内で取り扱うことから長さ制限があったため、通常長さにするための熱電対、制御管、保護管の接続を原子炉とホットセルをつなぐカナル領域で実施した。その後、原子炉へ装荷し、4サイクルの照射に成功した。今後の予定として、アニーリング材の再照射を計画しており、これに伴う新たな技術開発を行い、現在確認試験中である。

論文

An Investigation of irradiation performance of high burnup HTGR fuel

沢 和弘; 湊 和生

Journal of Nuclear Science and Technology, 36(9), p.781 - 791, 1999/00

 被引用回数:9 パーセンタイル:40.4(Nuclear Science & Technology)

高温ガス炉の高燃焼条件下における燃料挙動を研究するために、照射試験を行った。照射試験は、日米高温ガス炉燃料共同照射試験の一部として実施した。照射試験燃料は、高燃焼度燃料であり、高温工学試験研究炉(HTTR)よりも高い燃焼度と高速中性子照射量を目標とした。5%FIMA(%fission per initial metallic atom)を超える燃焼度でも健全性を保てるよう、被覆燃料粒子のバッファ層とSiC層の厚さを増加した。本報では、照射試験中の高燃焼度状態下における燃料挙動について述べる。

報告書

Annual report of JMTR, 1994 (April 1, 1994$$sim$$March 31, 1995)

材料試験炉部

JAERI-Review 96-004, 89 Pages, 1996/03

JAERI-Review-96-004.pdf:3.96MB

1994年、JMTRは全サイクルに亘って濃縮度20%を下まわる燃料(LEU燃料)で運転を行った。照射試験はキャプセル、ガスループ(OGL-1)、シュラウド(OSF-1)及びラビットで行い、対象は軽水炉、高速増殖炉、高温ガス炉及び核融合炉の開発と広い範囲に亘った。水力ラビット以外の照射利用では、大学基礎研究、核融合炉開発、照射技術開発、軽水炉関連、RI生産が夫々15~20%、また高温ガス炉、所内基礎研究、高速炉関係が各々3~6%を占めた。技術開発では、照射需要の高度化に対応するため、中性子スペクトル調整法を、出力急昇時の燃料ふるまいを解明する目的で、中心温度とFPガス圧を共に計測する多重計装等の開発を進めた。核融合ブランケット関連では、中性子増倍材のトリチウム放出挙動その他の解明を進めた。

報告書

高温ガス炉燃料の高燃焼度照射試験における燃料温度予測; 日米高温ガス炉燃料共同照射試験

沢 和弘; 福田 幸朔; R.Acharya*

JAERI-Tech 94-038, 46 Pages, 1995/01

JAERI-Tech-94-038.pdf:1.26MB

本報は、米国オークリッジ国立研究所のHFIRで照射を行ったHRB-22キャプセル照射試験の照射前に行った温度評価について記述したのもである。本試験は、米国エネルギー省と原研との高温ガス炉研究開発試験協力に基づいて実施している高温ガス炉燃料日米共同照射試験の一部である。燃料は、高温工学試験研究炉用初装荷燃料よりも高燃焼度に耐えるよう設計した国産の改良型燃料である。照射中の燃料コンパクト内の重金属及び核分裂生成物量の変化は、CACA-2コードを用いて計算した。定常温度計算にはHEATING7.2コードを用いた。この計算結果に基づき、4サイクルの照射期間を通して燃料コンパクト平均温度及び最高温度をそれぞれ1250$$^{circ}$$C、1350$$^{circ}$$C以下にするよう、燃料コンパクトを収納する黒鉛及びキャプセルの直径を定めた。本検討結果に基づき、キャプセル部品寸法等の詳細設計を行った。

報告書

芳香族系ポリエーテル樹脂製照射キャプセルの開発

有金 賢次; 大友 昭敏; 笹島 文雄; 高橋 秀武; 瀬口 忠男; 村上 滋*

JAERI-Tech 94-004, 33 Pages, 1994/07

JAERI-Tech-94-004.pdf:1.37MB

芳香族系ポリエーテル樹脂(BEK)の原子炉照射による機械的性質の変化等を明らかにし、JRR-3M気送管で最大150時間の照射が可能な試料照射用キャプセルを開発した。JRR-3M気送管における試料の照射は、これまでポリエチレンキャプセルの使用で最大20分に制限されてきたが、BEK製キャプセルの開発により長時間の照射が可能になった。また、BEKは、ポリエチレンと同様に誘導放射能が低いことから、照射後の試料の取扱いも簡便である。本報告が、BEKの原子炉照射による特性の変化と、キャプセル開発の研究をまとめたものである。

報告書

NSRR実験におけるポリエチレンおよび水素化ジルコニウムの減速材としての特性

中村 武彦; 山崎 利; 傍島 眞

JAERI-M 94-029, 99 Pages, 1994/03

JAERI-M-94-029.pdf:3.49MB

原研では、NSRRを用いた第I期および第II期実験として軽水発電炉の燃料棒の反応度事故時の挙動を調べる実験を行っている。この実験に続き、高速炉燃料をナトリウム冷却条件でパルス照射する第III期実験を計画し、現在、ナトリウムを実験用カプセルに充填するためのナトリウム純化ループの建設および試作実験カプセルの製作を行っている。NSRRでは実験燃料を破損させるに十分な高い過出力を実験燃料に与えるためには、NSRR炉心からの中性子を十分に減速させる必要がある。従来の軽水炉燃料実験では、軽水を冷却材/減速材として利用して来たが、ナトリウム冷却条件で行う高速炉燃料実験ではポリエチレンあるいは水素化ジルコニウムを使う必要がある。これらの減速材の性能を炉内実験で調べ、軽水と同等の能力がある事を確認した。また、温度特性実験ではいずれの減速材も300$$^{circ}$$Cまでは分解等によるガス発生も小さく問題なく使用出来る事が分った。

論文

Estimation for temperature distribution in a heat-generating cylinder with multiple holes

原山 泰雄; 星屋 泰二; 染谷 博之; 新見 素二; 小林 敏樹*

Journal of Nuclear Science and Technology, 30(4), p.291 - 301, 1993/04

 被引用回数:4 パーセンタイル:53.93(Nuclear Science & Technology)

引張試験片のような棒状試料の照射試験に用いるキャプセルでは、同時に多数の試料を照射するため、多数の孔(試料が挿入される)や中心孔を有する円柱形の試料ホルダーがしばしば使用される。この種のホルダーを用いたキャプセルの設計においては、照射試料が原子炉運転状態で目標温度になるかどうかを知るために、試料周りのホルダー孔周辺の熱流束分布、温度が試料温度に関する境界条件であることから、その温度分布を必要とする。そこで、多孔をもつ発熱円柱体の温度分布を求めることを試み、温度分布に関する解析的な表示を得た。その結果は、関係するパラメータの相互関係が明確になるため、材料照射に用いるキャプセルの設計や安全評価上極めて有用であると考える。

報告書

照射キャプセル熱計算コードGENGTCの機能整備と2次元計算への改良

野村 靖; 染谷 博之; 伊藤 治彦

JAERI-M 92-163, 66 Pages, 1992/11

JAERI-M-92-163.pdf:1.75MB

JMTRでの照射キャプセルの構造は、照射試料を中心に配置する同心円であり、試料を取り巻くキャプセル構造材の間隙には、気体あるいは液体が充填されている。このようなキャプセルの熱計算には、米国のオークリッジ国立研究所で開発された1次元熱計算コードGENGTCが用いられている。しかし、キャプセルを設計するためには、キャプセル構成部材、寸法等を変えたパラメータ計算を必要とし、多くの時間と労力を要する。また、短尺燃料のようなキャプセル軸方向への熱流が有意なものについては、2次元の熱計算が必要となる。本報告書は、1次元熱計算コードGENGTCの改良および2次元熱計算コードGENGTC-2の整備の内容とそれぞれのコードの取扱いについて述べたものである。

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