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論文

Study on loss-of-cooling and loss-of-coolant accidents in spent fuel pool, 1; Overview

加治 芳行; 根本 義之; 永武 拓; 吉田 啓之; 東條 匡志*; 後藤 大輔*; 西村 聡*; 鈴木 洋明*; 大和 正明*; 渡辺 聡*

Proceedings of 27th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-27) (Internet), 8 Pages, 2019/05

本研究では、使用済燃料プール(SFP)の事故時における燃料被覆管の酸化モデル及びSFPに設置されたスプレイの冷却性能を評価するための数値シミュレーション手法を開発した。これらをMAAPやSAMPSONのようなシビアアクシデント(SA)解析コードに組み込み、SFPの事故時解析を実施した。数値流体力学コードを用いた解析を実施し、SA解析コードの結果と比較することにより、SFP事故の詳細を検討した。さらに、3次元臨界解析手法を開発し、SFPにおける使用済燃料のより安全な燃料配置について検討した。

論文

Behaviors of high-burnup LWR fuels with improved materials under design-basis accident conditions

天谷 政樹; 宇田川 豊; 成川 隆文; 三原 武; 谷口 良徳

Proceedings of Annual Topical Meeting on Reactor Fuel Performance (TopFuel 2018) (Internet), 10 Pages, 2018/10

Fuels for light water reactors (LWRs) which consist of improved cladding materials and pellets have been developed by utilities and fuel vendors to acquire better fuel performance even in the high burnup region and also raise the safety level of current nuclear power plants to a higher one. In order to evaluate adequacy of the present regulatory criteria in Japan and safety margins regarding the fuel with improved materials, Japan Atomic Energy Agency (JAEA) has conducted ALPS-II program sponsored by Nuclear Regulation Authority (NRA), Japan. In this program, the tests simulating a reactivity-initiated accident (RIA) and a loss-of-coolant accident (LOCA) have been performed on the high burnup advanced fuels irradiated in commercial PWR or BWR in Europe. This paper presents recent results obtained in this program with respect to RIA, and main results of LOCA experiments, which have been obtained in the ALPS-II program, are summarized.

論文

Uncertainty analysis of ROSA/LSTF test by RELAP5 code and PKL counterpart test concerning PWR hot leg break LOCAs

竹田 武司; 大津 巌

Nuclear Engineering and Technology, 50(6), p.829 - 841, 2018/08

 被引用回数:6 パーセンタイル:72.04(Nuclear Science & Technology)

An experiment was conducted for OECD/NEA ROSA-2 Project using LSTF, which simulated 17% hot leg intermediate-break LOCA in PWR. Core uncovery started simultaneously with liquid level drop in crossover leg downflow-side before loop seal clearing, and water remaining occurred on upper core plate. Results of uncertainty analysis with RELAP5/MOD3.3 code clarified influences of combination of multiple uncertain parameters on peak cladding temperature within defined uncertain ranges. An experiment was performed for OECD/NEA PKL-3 Project with PKL. The LSTF test simulated PWR 1% hot leg small-break LOCA with steam generator secondary-side depressurization as accident management measure and nitrogen gas inflow. Some discrepancies appeared between the LSTF and PKL test results for primary pressure, core collapsed liquid level, and cladding surface temperature probably due to effects of differences between LSTF and PKL in configuration, geometry, and volumetric size.

論文

Behavior of high-burnup advanced LWR fuels under design-basis accident conditions

天谷 政樹; 宇田川 豊; 成川 隆文; 三原 武; 谷口 良徳

Proceedings of 2017 Water Reactor Fuel Performance Meeting (WRFPM 2017) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2017/09

JAEA has conducted a research program called ALPS-II program for advanced fuels of LWRs. In this program, the tests simulating a RIA and a LOCA have been performed on the high burnup advanced fuels irradiated in European commercial reactors. The failure limits of the high-burnup advanced fuels under RIA conditions have been obtained by the pulse irradiation tests at the NSRR in JAEA. The information about pellet fragmentation etc. during the pulse irradiations was also obtained from post-test examinations on the test rods after the pulse irradiation tests. As for the simulated LOCA test, integral thermal shock tests and high-temperature oxidation tests have been performed at the RFEF in JAEA. The fracture limits under LOCA and post-LOCA conditions etc. of the high-burnup advanced fuel cladding have been investigated, and it was found that in terms of these materials the fracture boundaries do not decrease and the oxidation does not significantly accelerate in the burnup level examined.

論文

Development of the severe accident evaluation method on second coolant leakages from the PHTS in a loop-type sodium-cooled fast reactor

山田 文昭; 今泉 悠也; 西村 正弘; 深野 義隆; 有川 晃弘*

Proceedings of 25th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-25) (CD-ROM), 10 Pages, 2017/07

ループタイプ・ナトリウム冷却高速原型炉の設計基準事故(DBA)を超える除熱機能喪失の一つとして、2箇所の1次冷却材漏えいによる原子炉容器液位確保機能喪失(LORL)のシビアアクシデント(SA)評価手法を開発した。2ヶ所の1次冷却材漏えいは、DBAの出力運転中の1ヶ所の1次冷却材漏えいに伴う原子炉停止後の低温停止中に、別ループの1次冷却系配管において2ヶ所目の漏えいが発生し、過度に原子炉容器(RV)液位が低下し、LORLに至る可能性がある。本論文では、想定される漏えい部位の組合せから、厳しいRV液位となる代表事故シーケンスの選定、RVへの冷却材ナトリウムの汲み上げ、1次主冷却系のサイフォンブレークによるRV内冷却材ナトリウムの汲み出し停止の液位確保策、RV液位を過度計算するプログラム、液位計算プログラムを用いた代表事故シーケンスのRV液位挙動を示した。評価の結果、DBAを超える2ヶ所の1次冷却材漏えいに対して、2ヶ所目漏えいに対する液位確保策により崩壊熱除去運転に必要なRV液位が確保され、除熱機能喪失を防止できることを明らかにした。

論文

The Effect of azimuthal temperature distribution on the ballooning and rupture behavior of Zircaloy-4 cladding tube under transient-heating conditions

成川 隆文; 天谷 政樹

Journal of Nuclear Science and Technology, 53(11), p.1758 - 1765, 2016/11

 被引用回数:7 パーセンタイル:66.89(Nuclear Science & Technology)

In order to investigate the effect of azimuthal temperature distribution on the ballooning and rupture behavior of Zircaloy-4 (Zry-4) cladding tube, laboratory-scale experiments on non-irradiated Zry-4 cladding tube specimens were performed under transient-heating conditions which simulate loss-of-coolant-accident (LOCA) conditions by using an external heating method, and the data obtained were compared to those from a previous study where an internal heating method was used. The maximum circumferential strains ($$varepsilon$$s) of the cladding tube specimens were firstly divided by the engineering hoop stress ($$sigma$$). The divided maximum circumferential strains, ${it k}$s, of the previous study, which used the internal heating method, were then corrected based on the azimuthal temperature difference (ATD) in the cladding tube specimen. The ${it k}$s for the external heating method which was used in this study agreed fairly well with the corrected ${it k}$s obtained in the previous study which employed the internal heating method in the burst temperature range below $$sim$$1200 K. Also, the area of rupture opening tended to increase with increasing of the value which is defined as $$varepsilon$$ multiplied by $$sigma$$. From the results obtained in this study, it was suggested that $$varepsilon$$ and the size of rupture opening of a cladding tube under LOCA-simulated conditions can be estimated mainly by using $$sigma$$, $$varepsilon$$ and ATD in the cladding tube specimen, irrespective of heating methods.

論文

The Effect of oxidation and crystal phase condition on the ballooning and rupture behavior of Zircaloy-4 cladding tube-under transient-heating conditions

成川 隆文; 天谷 政樹

Journal of Nuclear Science and Technology, 53(1), p.112 - 122, 2016/01

 被引用回数:4 パーセンタイル:45.9(Nuclear Science & Technology)

In order to investigate the effect of oxidation and crystal phase condition on the ballooning and rupture behaviors of cladding tube under simulated loss-of-coolant-accident (LOCA) conditions, laboratory-scale experiments were performed in which internally pressurized non-irradiated Zircaloy-4 (Zry-4) cladding specimens were heated to burst in steam and argon gas conditions. Values of the maximum circumferential strain were normalized by dividing them by engineering hoop stress at the time of rupture. The dependence of the normalized value on burst temperature and the relationship between the normalized value and the length, width and area of rupture opening were evaluated. The correlation between the normalized value and the burst temperature suggested that the fraction of the $$beta$$ phase in Zry-4 cladding specimens affected the strain in the specimens and the oxidation of specimens suppressed the amount of ballooning of the specimens. The relationship between the normalized value and the length, width and area of rupture opening indicated that the length, width and area of rupture opening depended on the crystal phase condition in Zry-4 cladding specimens irrespective of atmosphere in the case of the heating rate of $$sim$$3 K/s.

報告書

高温工学試験研究炉(HTTR)の安全性実証試験計画

橘 幸男; 中川 繁昭; 竹田 武司; 七種 明雄; 古澤 孝之; 高松 邦吉; 西原 哲夫; 沢 和弘; 伊与久 達夫

JAERI-Tech 2002-059, 42 Pages, 2002/08

JAERI-Tech-2002-059.pdf:1.63MB

本報告は、高温工学試験研究炉(HTTR)の安全性実証試験計画について、特に、早期に実施する試験項目に重点を置いてまとめたものである。早期に実施する試験は、異常な過渡変化に相当する試験として実施する制御棒引抜試験及び1次冷却材流量低下試験である。制御棒引抜試験では、炉心中央位置の制御棒1対を引き抜くことにより、反応度投入事象を模擬する。また、1次冷却材流量低下試験では、循環機の停止(循環機3台中1台または2台の停止)あるいは自動制御系により流量低下事象を模擬する。これらの試験の結果を踏まえ、さらに、冷却材喪失事故等を模擬した試験を計画しており、現在、検討をすすめている。試験で得られた実測データは、炉心動特性コード,プラント動特性コード等の安全評価コードの高精度化と検証に利用でき、国内外の将来高温ガス炉の安全設計・評価技術の確立に活用することができる。

論文

Thermal-hydraulic model for reflooding phenomena in a PWR-LOCA

村尾 良夫; 井口 正; 杉本 純; 秋本 肇; 岩村 公道; 大久保 努; 大貫 晃

Proc. of the 6th Int. Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics,Vol. 1, p.723 - 732, 1993/00

円筒炉心試験装置(CCTF)と平板炉心試験装置(SCTF)による試験において、クエンチフロント上方への明瞭な蓄水と良好な炉心冷却が観測された。これらの試験と原研の小規模試験の結果に対する現象論的分析により明らかになったボイド率、熱伝達率並びに、クエンチの進行に及ぼすグリッドスペーサの効果、逆スラグ流領域での液相速度効果について述べている。また、観測された蓄水と炉心冷却の促進の関係について議論している。更に、原研小規模試験データによる相関式の改良に基づいて、グリッドスペーサ効果を除き、再冠水モデルの改良を行った。この再冠水モデルをREFLA/TRACに組み込み、CCTFとSCTFのデータを用いてモデルの評価を行った。これらの改良モデルとその評価結果について述べている。

論文

BWR loss-of-coolant accident tests at ROSA-III with high temperature emergency core coolant injection

中村 秀夫; 久木田 豊; 田坂 完二

Journal of Nuclear Science and Technology, 25(2), p.169 - 179, 1988/02

沸騰水型原子炉(BWR)の冷却材喪失事故(LOCA)に於いて、緊急炉心冷却装置(ECCS)の炉心冷却性能に対する、注入冷却材(ECC)温度変化の効果を、ROSA-III総合実験装置を用いて実験的に調べた。その結果、ECCは、注入温度に依らず炉心に到達する前にほぼ飽和となり、ECCSの炉心冷却性能には直接影響を与えなかったものの、間接的には、圧力の変化に対する影響を通して熱水力挙動にいくつかの変化を与えた。それらは、ECCSの破断後注入開始時間や注入流量、炉心入口でのフラッディング等である。燃料被覆管最高温度は、大破断(200%)、小破断(5%)共にECC温度変化の影響を受けなかった。

論文

Assessment of core thermo-hydrodynamic models of REFLA-1D code with CCTF data for reflood phase of PWR-LOCA

大久保 努; 村尾 良夫

Journal of Nuclear Science and Technology, 22(12), p.983 - 994, 1985/12

 被引用回数:17 パーセンタイル:86.9(Nuclear Science & Technology)

REFLA-1Dは、PWRのLOCA時再冠水過程の熱水力挙動を解析する計算コードである。本コードは、最適評価コードの範疇に入っている。本コードの炉心熱水力モデルは、原研の小型再冠水実験装置やFLECHTの装置等の小型実験装置で得られたデータを用いて開発された。これらの装置の1000MWe級PWRに対する縮尺比は、各々1/2500と1/370である。これら小型装置のデータに対する検証計算では、比較的良い一致が得られた。しかし、本コードの熱水力モデルがPWRのような大型のシステムに対して適用可能であることを確かめておく必要がある。そこで、REFLA-1D計算を行い、本コードの炉心熱水力モデルを原研の縮尺比1/21の大型再冠水実験装置であるCCTFのデータにより検証した。本論文では、この検証を示し、REFLA-1Dコードの炉心熱水力モデルが大型のシステムの再冠水挙動の解析に適用できることを示している。

報告書

JMTRにおけるLOCAの熱水力解析

桜井 文雄; 小山田 六郎

JAERI-M 85-001, 33 Pages, 1985/02

JAERI-M-85-001.pdf:0.74MB

JMTR炉心の高濃縮度燃料(濃縮度:93%)から中濃縮度燃料(濃縮度:45%)への転換に係る安全審査において、LOCAの再評価が求められた。そして、1次冷却系配管の両端破断によるLOCAの熱水力的検討の結果、以下の事項が確認された。(1)燃料は炉心の冠水が維持されれば焼損しない。(2)1次冷却系配管の両端破断によるLOCAにおいて炉心が空気中に露出するのを防ぐためには、1次冷却系配管の小破断を想定して設置されている現行のサイフォンブレーク弁($$phi$$25mm)を大口径のもの($$phi$$60mm以上)に交換する必要がある。 サイフォンブレーク弁のサイズを検討するために、計算コードSBAC(Siphon Breaker Analysis Code)を作成した。本コードの精度は5%以内であることが検証実験により確認できた。

論文

Oscillatory flows induced by direct contact condensation of flowing steam with injected water

秋本 肇; 田中 義敏*; 小沢 由行*; 井上 晃*; 青木 成文*

Journal of Nuclear Science and Technology, 22(4), p.269 - 283, 1985/00

 被引用回数:5 パーセンタイル:60.63(Nuclear Science & Technology)

加圧水型原子炉の冷却材喪失事故時蓄圧タンク内の過冷却水が注入されると、コールドレグでは蒸気と注入水の直接接触凝縮による激しい凝縮が起こる。振動流中での蒸気と水の凝縮過程と混合過程を明らかにするために実験を行った。観察された流動様式は3種類に分類でき、各流動様式の境界は注入水の凝縮能力を用いて表された。圧力測定と高速度撮影による流動観察を同期して行い、凝縮現象と蒸気-水の混合挙動について調べた。試験の結果、閉塞水の運動における復元力が凝縮により生成されていることが確かめられた。また蒸気と水の混合形態と凝縮効率の間によい対応関係が観察された。振動の周期に対する相関式を求めた。その相関式は試験結果と$$pm$$20%の誤差範囲で一致し、振動の周期が閉塞水質量の平方根に比例することを示す。

報告書

Evaluation Report on CCTF Core-I Reflood Tests Cl-16(Run 25),Cl-21(Run 40)and Cl-22(Run 41); Comparison of Rresults Between FLECHT Coupling Tests and FLECHT-SET Test

村尾 良夫; 須藤 高史; 井口 正

JAERI-M 83-065, 113 Pages, 1983/05

JAERI-M-83-065.pdf:2.07MB

円筒炉心試験装置(CCTF)内の現象が他の試験装置内の現象と類似のものであることを確証するため、FLECHT-SET実験3105B,2714B,3420Bを模擬した試験条件で3回のCCTF試験を行った。ダウンカマおよび、上部プレナムの蓄水、健全ループの圧力損失は、CCTFとFLECHT-SETとで同じであったが、破断ループの圧力損失、及びそれによって生じたシステム内の水力的振動、炉心内の熱水力挙動は両者で異なっていた。これらの違いは、主としてC C T Fにおける破断コールドレグでの圧力損失によってもたらされたことがわかった。FLECHT-SET実験においては、構造の違い、装置の運転法の違いによりこの圧力損失は現われなかった。従って、両試験装置の構造、運転法の違いを考慮に入れれば、両試験装置で観測された現象は互に類似のものであると結論できる。

報告書

再冠水過程における原子炉炉心内熱水力現象の研究

村尾 良夫

JAERI-M 83-032, 176 Pages, 1983/03

JAERI-M-83-032.pdf:5.15MB

本論文は、軽水炉冷却材喪失事故時の再冠水過程における炉心内熱水カ現象の物理的現象把握に基づくモデルについて述べたものである。先ず、流動様式を決定し、各流動領域の熱水カモデル、クエンチモデルを導いた。一次元強制注水再冠水実験を実施し、そのデータにより個々のモデルの評価を行い、必要なものには修正を加えた。それらのモデルを一次元再冠水解析コードに組込み、上記の実験および他の体系での実験シミュレーション計算を行い、結果を実験データと比較してモデルの総合評価を行った。その結果、本モデルは部分的な改良の余地はあるが、全体としては、現象を正しく記述していることがわかった。

報告書

Evaluation Report on CCTF Core-I Reflood Tests C1-17(Run 36)and C1-20(Run 39); Thermally-Multidimensional Effects on Core Thermo-Hydrodynamics

村尾 良夫; 井口 正

JAERI-M 83-028, 106 Pages, 1983/03

JAERI-M-83-028.pdf:1.98MB

PWRの冷却材喪失事故時の再冠水過程について安全解析を行う場合、炉心熱水力挙動は単一流路により構成された炉心内の現象として解析が行われている。このような取扱いの妥当性を確認するために、炉心中心軸に対して、出力分布、初期温度分布を非対称にした試験を行い、軸対象の試験結果と比較した。これらの試験では、炉心平均出力、初期炉心保有熱エネルギーを含む試験条件は、等しくなるように設定された。得られた主な結果は次の通りである。(1)炉心下3分の2では、炉心下端からのクエンチが生じ、この部分では、熱的に非対称な条件でも炉心内の水力挙動は対称的であり、蓄水挙動は軸方向に一次元的に表現できる。システム挙動に対しては、非対称熱的効果はない。(2)炉心のより上方のでは、炉心上端からのクエンチは局所的に生じた。

報告書

Evaluation Report on CCTF Core-I Reflood Test C1-5(Run 14); Over-all System Thermo-Hydrodynamic Behaviors in the Base Case

村尾 良夫; 秋本 肇; 須藤 高史; 大久保 努

JAERI-M 83-027, 64 Pages, 1983/03

JAERI-M-83-027.pdf:1.26MB

再浸水、再冠水現象の研究のために行った円筒炉心試験装置による試験結果を解析し、次の結論を得た。1)観測された現象は、いくつかの点を除き、PWR安全評価用の評価モデルに基づいて開発したモデルと同様のものである。2)異なる点は、上部プレナムの蓄水、ダウンカマ内のECCのバイパス、有効ダウンカマ水頭の低下および、破断コールドレグノズルおよび、連結配管内での圧力損失である。

論文

Mass effluent rate out of core during reflood

大貫 晃; 傍島 真

Journal of Nuclear Science and Technology, 20(3), p.267 - 269, 1983/00

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.29(Nuclear Science & Technology)

PWRで想定されるLOCAの再冠水過程において、炉心からの水および蒸気の流出率が大きいと、蒸気発生器1次側に運ばれる水量が大きくなることが予想され、その結果2次側から熱をもらい蒸発し、大きな圧力損失を生じ、炉心冠水速度を押さえる結果となる。本論文では大型再冠水平板炉心試験の第1次炉心強制注入試験のデータからえられた炉心からの水と蒸気を加えた質量流出率を、系圧力、ECC水量、炉心出力の各パラメータに対して求め、簡単な無次元整理を行ない、実験相関式を導出した。この相関式はFLECHT-SEASETのデータとも一致した。

論文

Analysis of direct contact condensation of flowing steam onto injected water with a multifluid model of two-phase flow

秋本 肇; 小澤 由行*; 井上 晃*; 青木 成文*

Journal of Nuclear Science and Technology, 20(12), p.1006 - 1022, 1983/00

 被引用回数:8 パーセンタイル:69.02(Nuclear Science & Technology)

加圧水型原子炉の冷却材喪失事故時蓄圧タンク内の過冷却水が注入されると、コールドレグでは蒸気と注入水の直接接触による激しい凝縮が起こる。注水領域における凝縮現象と蒸気と冷水の混合過程を解明するために、二相流の多流体モデルを基礎とした流動モデルをたて検討を行なった。(a)注入水の微粒化による液滴生成(b)液滴上への蒸気の凝縮(c)死水生成による縮流(d)液滴の再付着を考慮したモデルを用いて、測定された注水領域の液膜温度分布と圧力分布を定量的に説明できた。計算結果から、蒸気の凝縮速度は注水口近傍で生成される液滴径と注水領域での最大液滴質量率に最も依存することがわかった。また入口熱水力条件が凝縮速度に及ぼす影響に関し、実験と定性的に一致する結果が得られた。入口蒸気流量が高くなる程凝縮速度が大きくなるのは、微細な液滴が効率よく生成されるためであることが判明した。

報告書

CCTF Core I Test Results

村尾 良夫; 須藤 高史; 秋本 肇; 井口 正; 杉本 純; 藤木 和男; 平野 見明

JAERI-M 82-073, 31 Pages, 1982/07

JAERI-M-82-073.pdf:0.92MB

55年度に行われた大型再冠水円筒炉心第1次炉心試験のうち、次の試験についての結果を述べた。(1)多次元効果試験(2)評価モデル試験(3)FLECHT結合試験(1)について・は,炉心熱水力挙動の一次元性について検討した。(2)については、評価モデルコードによる計算結果との比較、又、(3)については,対応するFLECHT-SET実(Run2714B)との比較を行った。

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