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論文

The Analysis of thermomechanical periodic motions of a drinking bird

上地 俊*; 上地 宏*; 西村 昭彦

World Journal of Engineering and Technology, 7(4), p.559 - 571, 2019/11

水飲み鳥の動作について熱力学的モデルを論じる。熱力学的モデルから導かれる数学的表現を数値計算の上で明示した。これは機械的な動作と熱力学的な動作の違いに関して基礎的な理解を得ることに助けとなる。機械的な繰り返し動作と熱力学的な繰り返し動作の間には数学的にも物理的にも違いが存在する。この水飲み鳥の工程は本論文で示した手法で環境エネルギー発電に対して適用可能である。

論文

A Numerical study on local fuel-coolant interactions in a simulated molten fuel pool using the SIMMER-III code

Cheng, S.; 松場 賢一; 磯崎 三喜男; 神山 健司; 鈴木 徹; 飛田 吉春

Annals of Nuclear Energy, 85, p.740 - 752, 2015/11

 被引用回数:21 パーセンタイル:92.15(Nuclear Science & Technology)

Studies on local fuel-coolant interactions (FCI) in a molten pool are crucial to the analyses of severe accidents that could occur for sodium-cooled fast reactors (SFRs). To clarify the characteristics of this interaction, in recent years a series of simulated experiments, which covers a variety of conditions including much difference in water volume, melt temperature, water subcooling and water release site (pool surface or bottom), was conducted at the Japan Atomic Energy Agency by delivering a given quantity of water into a molten pool formed with a low-melting-point alloy. In this study, motivated by acquiring further evidence for understanding its mechanisms, interaction characteristics including the pressure-buildup as well as mechanical energy release and its conversion efficiency, are investigated using the SIMMER-III, an advanced fast reactor safety analysis code. It is confirmed that, similar to experiments, the water volume, melt temperature and water release site are observable to have remarkable impact on the interaction, while the role of water subcooling seems to be less prominent. The performed analyses also suggest that the most probable reason leading to the limited pressurization and resultant mechanical energy release for a given melt and water temperature within the non-film boiling range, even under a condition of much larger volume of water entrapped within the pool, should be primarily due to an isolation effect of vapor bubbles generated at the water-melt interface.

論文

SIMMER-III analyses of local fuel-coolant interactions in a simulated molten fuel pool; Effect of coolant quantity

Cheng, S.; 松場 賢一; 磯崎 三喜男; 神山 健司; 鈴木 徹; 飛田 吉春

Science and Technology of Nuclear Installations, 2015, p.964327_1 - 964327_14, 2015/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:22.25(Nuclear Science & Technology)

To clarify the mechanisms underlying local fuel-coolant interactions (FCI) in a molten pool, in recent years several experimental tests, with comparatively larger difference in coolant volumes, were conducted at the Japan Atomic Energy Agency by delivering a given quantity of water into a molten pool formed with a low-melting-point alloy. In this study, to further understand this interaction, interaction characteristics including the pressure-buildup as well as mechanical energy release and its conversion efficiency are investigated using the SIMMER-III, an advanced fast reactor safety analysis code. It is found that the SIMMER-III code not only reasonably simulates the transient pressure and temperature variations during local FCIs, but also supports the limited tendency of pressurization and resultant mechanical energy release as observed from experiments when the volume of water delivered into the pool increases. The performed analyses also suggest that the most probable reason leading to such limited tendency should be primarily due to an isolation effect of vapor bubbles generated at the water-melt interface.

論文

Mechanical energy generation during high burnup fuel failure under reactivity initiated accident conditions

杉山 智之; 更田 豊志

Journal of Nuclear Science and Technology, 37(10), p.877 - 886, 2000/10

反応度事故条件下における高燃焼度燃料破損時の機械的エネルギー発生について、その支配的要因を、NSRR実験結果に基づいて論じている。過去の高燃焼度燃料実験より、比較的低い発熱量条件で燃料が破損し、その際燃料が溶融に至ることなく微粒化することが知られていた。今回、機械的エネルギー発生要因として「燃料棒からの高温・高圧ガス放出」及び「被覆管開口部から放出された燃料微粒子と冷却材との熱的相互作用による蒸気発生」を定量的に評価した結果、前者の寄与は機械的エネルギー計測値に及ばないのに対し、燃料/冷却材相互作用は十分な量を発生し得ることが明らかになった。また、高燃焼度燃料微粒子を模擬した未照射粉末燃料を用いた分離効果実験により、溶融しない場合でも十分に大きな機械的エネルギーが発生すること、及び機械的エネルギー転換率が燃料微粒子の比表面積すなわち平均粒径に依存することを明らかにした。

論文

Mechanical energy generation during high burnup fuel failure under reactivity initiated accident conditions

杉山 智之; 更田 豊志; 石島 清見

Proceedings of 7th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-7) (CD-ROM), 10 Pages, 1999/00

本報告では、NSRR照射済燃料実験JMH-5及びTK-2の結果に基づき、反応度事故条件下における高燃焼度燃料破損時の機械的エネルギー発生について論ずる。HBO-1実験に代表されるPCMI破損例では、被覆管縦割れ及び燃料微粒子化が生じ、冷却材中で衝撃圧力が発生した。しかし、機械的エネルギーの発生については未確認であったため、新たに水塊速度計を備えた照射済燃料実験を実施した。その結果、JMH-5及びTK-2実験においてPCMI破損時の機械的エネルギー発生を観測した。その発生要因として、被覆管からの高温・高圧ガス噴出、及び燃料微粒子/冷却材の接触による蒸気発生を検討したが、過渡記録及び燃料照射後試験結果から、後者がより支配的であるとの結論に達した。また、燃料溶融なしでも燃料/冷却材の接触で機械的エネルギーが発生し得ることを、粒子状の未照射燃料を用いた実験により確認した。

論文

Failure behavior of stainless steel clad fuel rod under simulated reactivity initiated accident condition

塩沢 周策; 斎藤 伸三

Journal of Nuclear Science and Technology, 23(12), p.1051 - 1063, 1986/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.02(Nuclear Science & Technology)

反応度事故条件下でのステンレス鋼被覆燃料棒の破損挙動を究明するため、NSRRにおいて炉内実験を実施した。その結果、燃料棒の破損機構は被覆管の溶融であり、破損しきい値は、ほぼ同寸法のジルカロイ被覆燃料棒と比較して約20cal/giUO$$_{2}$$であることが分かった。また、燃料棒破損に伴って発生する機械的エネルギーの発生しきい値は約380cal/giUO$$_{2}$$であることが明らかになった。さらに、ジルカロイ被覆燃料棒と異なり、燃料棒が破損しても必ずしも燃料棒は分断しないこと、被覆管温度は同一発熱量でジルカロイ被覆燃料棒より低いこと等が明らかになった。

論文

Recoil tritium reaction in rare gas-ethane solid mixtures at ultralow temperature

K.W.Lee*; 伊藤 芳明*; 藤谷 善照*; 宮崎 哲郎*; 苗木 賢二*; 荒殿 保幸*; 佐伯 正克; 立川 圓造

J.Phys.Chem., 90, p.5343 - 5347, 1986/00

11~77Kにおいて、Ar(Kr又はXe)-C$$_{2}$$H$$_{6}$$-C$$_{2}$$D$$_{6}$$混合固体中での反跳トリチウム原子の反応を調べた。水素(HT+DT)の相対収率はエタン濃度の減少とともに増加したが、エタン(C$$_{2}$$H$$_{5}$$T+C$$_{2}$$D$$_{5}$$T)の収率は前者を補償するように減少した。この結果は水素がホット及び熱反応の両方で生成しているのに対し、エタンはホット反応のみで生じていることを示している。熱化したトリチウム原子は11~20Kにおいても量子力学的にトンネル効果によりエタンから水素を引抜くことが分った。さらに、C$$_{2}$$H$$_{6}$$とC$$_{2}$$D$$_{6}$$からのH/D引抜き反応の同位体効果を11~20Kと77Kで比較するとともに、ホットトリチウム原子の希ガス固体中での衝突当りの平均エネルギー損失の評価を行った。

報告書

反応度事故条件下における高発熱量負荷時の機械的エネルギーと燃料の微粒子化

鶴田 隆治; 斎藤 伸三; 落合 政昭

JAERI-M 84-235, 44 Pages, 1985/01

JAERI-M-84-235.pdf:1.67MB

燃料微粒子化は溶解燃料-冷却材相互作用の素過程を構成する重要な課題であり、その解明は未だ十分ではない。そのため、反応度事故を模擬したNSRR実験によってUO$$_{2}$$燃料を微粒子化し、粒度分布を求め、かつ、燃料微粒子化の機構を検討した。すなわち、粒度分布は対数表示のRosin-Rammler分布側によって良く記述できること、また、機械的エネルギーへの転換率は粒子の全体積と全表面積の比として定義した体面積平均径に反比例し、微粒子化の程度を示す代表寸法として適当であることを示した。さらに、燃料微粒子化機構に対するWeber型流体力学的不安定モデルによって実験結果を説明できることを明らかにした。このモデルによれば燃料は球形粒子になる筈である。実験では多くの球形粒子が観察されたが、その大部分は中空で破裂口を有しており、固化過程において球形粒子の内圧破裂が生じているものと思われる。

論文

Fuel fragmentation and mechanical energy conversion ratio at rapid deposition of high energy in LWR fuels

鶴田 隆治*; 落合 政昭*; 斎藤 伸三

Journal of Nuclear Science and Technology, 22(9), p.742 - 754, 1985/00

 被引用回数:16 パーセンタイル:85.77(Nuclear Science & Technology)

燃料微粒子化は溶融燃料-冷却材相互作用(MFCI)の素過程を構成する重要な課題であり、その解明は未だ十分ではない。そのため、反応度事故を模擬したNSRR実験によってUO$$_{2}$$燃料を微粒子化し、その粒度分布を求め、かつ、燃料微粒子化の機構を検討した。さらに熱エネルギから機械的エネルギへの転換率を求め、これと燃料微粒子化との関係についても考察した。その結果、粒度分布は対数表示のRosin-Rammler分布則によって良く記述できること、及び、燃料微粒子化機構はWeber型流力不安定モデルならびに内圧破裂モデルにより説明できることを明らかにした。また、機械的エネルギ転換率は粒子の全体積と全表面積の比である体面積平均径に反比例すること、冷却材サブクール度や燃料-水比の影響を受けることを示した。

報告書

反応度事故条件下における高発熱量照射時の燃料微粒子化の形態; 微粒化燃料の粒度分布測定および粒子の観察

床井 博見*; 岩田 耕司; 星 蔦雄

JAERI-M 82-141, 74 Pages, 1982/10

JAERI-M-82-141.pdf:7.27MB

反応度事故条件において、燃料が溶融する程度の高発熱量で照射されると、破損燃料は微粒子化し、破壊エネルギーの発生を伴う。本報では燃料の微粒子化機構や破壊力発生機構を解明するため、微粒子化した燃料の節分と詳細な外観観察をした結果について述べる。燃料の節分の結果、発熱量が高い程微粒子化が促進されることが明らかとなった。さらに微粒子化の程度は発熱量の他に冷却水のサブクール度や冷却材-燃料比に左右される。微粒子化した燃料の形状は次の4形態、(1)球形状粒子、(2)岩砕状粒子、(3)多孔質な粒子.(4)殻状の粒子に大別されることが判った。

論文

軽水動力炉の反応度事故条件下における浸水燃料の破損挙動

大西 信秋; 落合 政昭*; 石島 清見; 丹沢 貞光

日本原子力学会誌, 24(4), p.289 - 300, 1982/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:22.14(Nuclear Science & Technology)

軽水動力炉で想定される反応度事故の安全評価において、比較的低発熱量で破損して機械的エネルギの発生を伴う浸水燃料の破損挙動を解明することは重要な課題となっている。本稿はNSRRにおいて行った浸水燃料実験について述べたものである。実験では、浸水量、炉周期、出力分布、ギャップ幅および貫通孔を実験パラメータとして、これらパラメータの破損挙動に及ぼす影響を調べた。実験により、浸水燃料の破損しきい値を明らかにすると共に、破損が燃料内部の水の急速加熱による圧力上昇によって生じること、破損には被覆管の温度が上昇する前に破損する低温破裂形と温度上昇による耐圧強度の低下をまって破損する高温破裂形があることを明らかにした。さらに機械的エネルギの発生は低温破裂形においてのみ見られることを実験により明らかにした。

報告書

反応度事故に伴なう破壊エネルギー発生機構の研究; 炉外可視実験報告

床井 博見*; 岩田 耕司; 星 蔦雄

JAERI-M 9840, 52 Pages, 1981/12

JAERI-M-9840.pdf:2.08MB

NSRRでの高発熱量実験や浸水燃料実験において観測される機械エネルギ-の挙動並びにエネルギー評価法を検討するため、炉外での可視実験を実施した。実験では燃料破損を模擬するため、カプセル内にラプチャディスクを用いて圧縮ガスを瞬時注入して、カプセル内の圧力挙動や水塊挙動を観測した。炉外実験の結果、ラプチャディスクの破砕と同時にカプセル内には衝撃的な圧力か発生し、引き続き教ms周期の圧力パルスがみられた。カプセル内の水塊は圧縮ガスの注入と共に飛び上り、その後ピストン状に20~30ms周期で振動を繰返した。水塊の振動に同期してカプセル内の圧力にも振動がみられた。これらの圧力挙動は炉内で観測される圧力挙動と良く対応している。発生した機械エネルギ-は水塊の飛び上りに追随する水位計の信号と後期圧力群の振動周期から得られる飛び上り水塊質量をもとに、ピストンモデルに従って評価できる。

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