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報告書

加速器駆動核変換システムのMA燃料組成およびその除熱に関する再検討

菅原 隆徳; 森口 大輔*; 伴 康俊; 津幡 靖宏; 高野 公秀; 西原 健司

JAEA-Research 2021-008, 63 Pages, 2021/10

JAEA-Research-2021-008.pdf:4.43MB

本研究では、従来の加速器駆動核変換システム(ADS)核設計では考慮されていなかったウラン(U)や希土類元素(RE)を考慮するため、日本原子力研究開発機構で開発されたSELECTプロセスに基づき、より現実的なMA燃料組成を検討し、ADS核設計を行った。その結果、Npあり/なしの2ケースについて、いずれも設定した制限値を満足することを示した。これらの概念は、これまで検討されてきた概念と異なり、UやREが含まれるものの、核変換性能は悪化せず、分離変換サイクルと整合の取れた成立性の見込まれるADS炉心概念である。さらに、検討したMA燃料組成をベースとして、燃料粉末貯蔵時および燃料集合体組立時の除熱に関する評価を行った。その結果、粉末貯蔵に関しては、長さ500[mm]、内径11-21[mm]の円柱管容器を、水中で保管する必要があることがわかった。燃料集合体組立時の除熱に関する評価は、CFD解析を実施し、空気流速が0.5[m/s]以上であれば、被覆管制限温度450[$$^{circ}$$C]以下を満足することがわかった。以上のように、分離変換サイクルと整合の取れたMA燃料組成を検討し、ADS炉心概念が成立することを示すとともに、最新の条件に基づいた除熱性能の検討を行った。この検討により、MA燃料の取扱い上、最も難しい点の一つである発熱に関して、新たに検討したMA燃料組成が、現実的に取り扱い可能であることを示した。

論文

Impact of impurity in transmutation cycle on neutronics design of revised accelerator-driven system

菅原 隆徳; 方野 量太; 辻本 和文

Annals of Nuclear Energy, 111, p.449 - 459, 2018/01

 被引用回数:12 パーセンタイル:80.47(Nuclear Science & Technology)

本研究では、分離変換サイクル中の各プロセスにおける不純物の加速器駆動核変換システム(ADS)核特性に対する影響を評価した。また、不純物影響評価とあわせて、ADSの未臨界度設定や燃料集合体仕様等の見直しを行った。不純物の影響評価については、高レベル廃液からのアクチノイド回収プロセスでプルトニウムに付随するウランと、マイナーアクチノイド(MA)に付随するレアアース(RE)、ADS用MA燃料の乾式再処理工程におけるREの影響を解析し、各プロセスで許容される不純物の上限を評価した。その結果、アクチノイド回収プロセスにおいては、プルトニウム重量に対して最大20wt.%のウラン、およびMA重量に対して5wt.%のREの随伴が許容されることを示した。また乾式再処理におけるREについては、除染係数DF=10程度であれば、核設計に対して大きな影響がないことを示した。さらに燃料組成の精度の影響についても検討を行った結果、陽子ビーム出力を最小化するためには、MA燃料中のZrN量の不確かさを0.2%以下にする必要があることを示した。これらの評価結果により、ADS核設計の観点から分離変換サイクルを構成する各プロセスにおける不純物除去に関する条件を明示した。

論文

Model verification and validation procedure for a neutronics design methodology of next generation fast reactors

大釜 和也; 池田 一三*; 石川 眞; 菅 太郎*; 丸山 修平; 横山 賢治; 杉野 和輝; 長家 康展; 大木 繁夫

Proceedings of 2017 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2017) (CD-ROM), 10 Pages, 2017/04

Detailed model verification & validation (V&V) and uncertainty quantification (UQ) procedure for our deterministic neutronics design methodology including the nuclear library JENDL-4.0 for next generation fast reactors was put into shape based on a guideline for reliability assessment of simulations published in 2016 by the Atomic Energy Society of Japan. The verification process of the methodology was concretized to compare the results predicted by the methodology with those by a continuous-energy Monte Carlo code, MVP with their precise geometry models. Also, the validation process was materialized to compare the results by the methodology with a fast reactor experimental database developed by Japan Atomic Energy Agency. For the UQ of the results by the methodology, the total value of the uncertainty was classified into three factors: (1) Uncertainty due to analysis models, (2) Uncertainty due to nuclear data, and (3) Other uncertainty due to the differences between analysis models and real reactor conditions related to the reactor conditions such as fuel compositions, geometry and temperature. The procedure to evaluate the uncertainty due to analysis models and uncertainty due to nuclear data was established.

報告書

SRAC95; 汎用核計算コードシステム

奥村 啓介; 金子 邦男*; 土橋 敬一郎

JAERI-Data/Code 96-015, 445 Pages, 1996/03

JAERI-Data-Code-96-015.pdf:12.94MB

SRACは、様々なタイプの原子炉の炉心解析に適用できる核計算コードシステムである。1996年にSRACの第2版レポート(JAERI-1302)が出版された後、プログラムと核データライブラリーに数多くの修正と追加を行い、ここに新しいSRAC95システムが完成した。本システムは、6種類のデータライブラリー(ENDF/B-IV,-V,-VI,JENDL-2,-3.1,-3.2)、統合された5つのモジュラーコード;16種類の格子形状に適用できる衝突確率計算モジュール(PIJ)、Sn輸送計算モジュール(ANISN,TWOTRAN)、拡散計算モジュール(TUD,CITATION)、及び燃料集合体と炉心燃焼計算のための2つのオプションコード(新規導入ASMBURN、改良COREBN)により構成される。今回の改訂版には、新型炉の核設計研究を支援するために、特に燃焼計算に重点を置いて多くの新しい機能とデータを組み込んでいる。SRAC95は、従来のIBM互換計算機のみならず、UNIXをOSとするスカラーまたはベクトル計算機で利用することができる。

論文

Nuclear data usage for research reactors

中野 佳洋; 曽山 和彦; 天野 俊雄*

JAERI-Conf 96-008, 0, p.86 - 91, 1996/03

研究炉部ではこれまでに、研究炉の建設、運転、改造等のために、数多くの核計算を行ってきた。最も最近に行われた二つの核計算は、JRR-4燃料の低濃縮化とJRR-3M燃料のシリサイド化である。これらの計算では、設計計算を開始する前に、過去の特性試験データの解析を連続エネルギーモンテカルロコード・MVPおよびSRACコードシステムを用いて行った。核データライブラリには、主にJENDL-3.1とJENDL-3.2を用い、両者の比較を行った。その結果、全てのケースでJENDL-3.2はJENDL-3.1よりも約1%$$Delta$$K/K大きな反応度を与えることが分かった。また、JRR-4の場合には、JENDL-3.1は若干実験値を過小評価し、JENDL-3.2では過大評価するが、JRR-3Mの計算では、どちらのライブラリも実験値を過大評価した。全体的に、JENDL-3.1の方が良好なC/E値を与えることが分かった。

論文

Temperature effect on critical mass and kinetic parameter $$beta$$$$_{eff}$$/$$wedge$$ of VHTRC-4 core

山根 剛; 秋濃 藤義; 安田 秀志

PHYSOR 96: Int. Conf. on the Physics of Reactors, 2, p.E290 - E299, 1996/00

高温ガス炉の炉心設計では、炉心温度の変化範囲が大きいため、炉物理パラメータに及ぼす温度の影響に関する核計算精度が重要となる。この核計算の精度評価を目的として、軸方向非均質装荷炉心VHTRC-4を用いて集合体昇温実験を実施し、臨界質量及び遅発臨界時動特性パラメータ($$beta$$$$_{eff}$$/$$wedge$$)$$_{c}$$を室温(21$$^{circ}$$C)と200$$^{circ}$$Cにおいて測定した。実験では、集合体温度の上昇により臨界質量及び($$beta$$$$_{eff}$$/$$wedge$$)$$_{c}$$がそれぞれ15%及び14%増加した。核データとしてENDF/B-IVを用いた場合とJENDL-3.2を用いた場合について核計算を行い、実験結果と比較した。その結果、臨界質量については、21$$^{circ}$$CにおいてENDF/B-IVによる計算で4%、またJENDL-3.2による計算で6%ほど過小評価したが、炉心サイズが大きくなる200$$^{circ}$$Cにおいては両計算ともに実験との一致が良くなる傾向にあった。($$beta$$$$_{eff}$$/$$wedge$$)$$_{c}$$については、計算値と実験値との差は5%以内であり、かなり良い一致が得られた。

報告書

Shielding analysis of the ITER/EDA NBI duct

S.Zimin*; 真木 紘一*; 高津 英幸; 佐藤 聡; 常松 俊秀; 井上 多加志; 小原 祥裕

JAERI-Tech 94-015, 37 Pages, 1994/08

JAERI-Tech-94-015.pdf:0.92MB

ITER/EDA設計における中性子粒子加熱(NBI)ポートの遮蔽解析を行った。対象とした設計はトロイダル磁場コイル(TFC)個数24であり、DOT3.5を用いた2次元解析を実施した。先ず、全体モデルにてTFCにおける絶縁材吸収線量、核発熱率、及びNBIポートにおける中性子束の評価を行い、続いてNBI詳細モデルにて、NBIポート内部におけるクライオパネルの核発熱と銅電極の損傷率(dpa)を評価した。解析の結果、現ITER/EDA設計におけるTFC及びNBIポートの核的応答は全て許容値を下回ることが分かった。

報告書

Two-dimensional over-all neutronics analysis of the ITER device

S.Zimin*; 高津 英幸; 森 清治*; 真木 紘一*; 関 泰; 佐藤 聡; 多田 栄介

JAERI-M 93-141, 75 Pages, 1993/07

JAERI-M-93-141.pdf:2.22MB

ITER/CDAで設定された炉構造に対してニュートロニクス解析を実施した。2次元輸送計算コードDOT3.5を使用して炉運転中の中性子及びガンマ線束分布、トリチウム増殖比、核発熱を求めた。またCINACコードにより誘導放射能計算を行い、放射能濃度、崩壊熱および炉停止後の生体線量率を求めた。本計算により、炉内および炉周辺の運転中と炉停止後の放射線環境が明らかになり、炉機器の設計条件として有用な情報を提供することができた。

論文

Whole core calculations of power reactors by use of Monte Carlo method

中川 正幸; 森 貴正

Journal of Nuclear Science and Technology, 30(7), p.692 - 701, 1993/07

 被引用回数:33 パーセンタイル:92.49(Nuclear Science & Technology)

ベクトル化モンテカルロコードを用いて商用PWR及び高速原型炉の全炉心計算を行った。幾何形状は多重格子表現を用いてピンレベルまで正確にモデル化した。計算したパラメータは実効増倍係数、制御棒価値、出力分布等である。多群及び連続エネルギーコードを用いて計算し両者の結果を比較した。小さな分散を達成するため100万の中性子を追跡した。この結果高速ベクトル化コードは実効増倍係数、集合体出力、いくつかの反応度価値を現実的な計算時間で行えることが明らかになったが、従来のスカラーコードではこの様な大規模な問題を解くことは困難である。また目標設計精度を達成するのに必要なヒストリー数を評価し、ピン出力や小さな反応度価値計算のためには1千万オーダーのヒストリーが必要であることを示した。

報告書

核融合炉増殖ブランケット試験体の核特性に関する予備解析; JMTR/OWL-2試験

島川 聡司; 河村 弘; 永岡 芳春; 斎藤 実

JAERI-M 87-036, 51 Pages, 1987/03

JAERI-M-87-036.pdf:1.18MB

本報告書は、材料試験炉(JMTR)の水ル-プOWL-2で照射される核融合炉増殖ブランケット試験体について、SRACコ-ドシステムを用いて行なった予備核計算結果を記したものである。増殖ブランケット試験体の照射は、核融合炉増殖ブランケットの設計の為の工学的デ-タを得るために計画されている。増殖ブランケット試験体には、Li$$_{2}$$Oが充填されており、その充填部の寸法は、直径96.3mm,長さ500mmである。本核計算により得た主な結果を以下に示す。1)トリチウム生成速度は約39Ci/dayである。2)トリチウム生成について、熱外中性子の全中性子に対する寄与率は約35%である。3)Li$$_{2}$$Oの充填率が20%以上の場合、トリチウム生成速度はほぼ一定となる。

報告書

Revised SRAC code system

土橋 敬一郎; 石黒 幸雄; 金子 邦男*; 井戸 勝*

JAERI 1302, 281 Pages, 1986/09

JAERI-1302.pdf:8.78MB

1983年にSRACコードシステムの第1版のレポートがJAERIー1285として出版されたのち、綜合的な核計算コードシステムを目指して数多くの機能の改良と追加が行われてきた。主なものは、(1)JENDL-2版のデータライブラリー、(2)共鳴吸収の二重非均質効果に対する直接的な方法、(3)一般化されたダンコフ係数、(4)固定面中性子源に基く格子計算、(5)実験解析や設計の要求に対応する出力データ、(6)反応度変化のための摂動計算、(7)炉心燃料と燃料管理のための補助コード等である。以上の改良に併行して、検証と応用が実験的解析や国際ベンチマーク計算によって、SRACコードシステムで採用されているデータと手法は適切であり、どんな熱中性子炉にも適用すうることが示された。

報告書

PROF-DD; A code system for generation of multi-group double-differential form cross section library

森 貴正; 中川 正幸; 石黒 幸雄

JAERI-M 86-124, 57 Pages, 1986/08

JAERI-M-86-124.pdf:1.36MB

ENDF/B形式の評価済み核データファイルを処理して、多群二重微分型断面積ライブラリーを作成するコードシステムPROF-DDを開発した。本コードシステムは、MCFILEF,RESENDD,SPINPTF,PROF-DDXおよびDDXLIBMKの5ステップから構成されている。本コードシステムを使用することにより簡便に多群二重微分型断面積ライブラリーを作成する事ができる。また作図による比較を行なう事が出きる。作成されたライブラリーは、モンテカルロコードMORSE-DD、一次元および二次元SnコードANISN-DDとDOT-DDを用いる事によリ、核融合炉ニュ-トロニクス解析に使用する事ができる。本報は、PROF-DDコードシステムのユーザーマニュアルとして作成された。

報告書

JRR-4純熱中性子照射場の開発,1; 核設計計算

青柳 長紀; 金杉 克正*; 岡 芳明*; 坂野 和雄; 山本 章

JAERI-M 85-206, 60 Pages, 1985/12

JAERI-M-85-206.pdf:1.35MB

重水タンクと炉心反射体の改良により、JRR-4サーマルコラム室に純熱中性子照射場をつくるため核設計計算を行った。輸送計算コードANISN,DOTによる1次元および2次元のパラメー夕・サーベイ計算の結果、次の点があきらかとなった。(1)熱炉心とサーマルコラム室の間の軽水層をできるだけ取り除く。そのため重水タンクと炉心反射体をできるだけ大きくする。(2)中性子照射場のガンマ線量率を下げるため、サーマルコラム室の炉心側前面に15cm程度のビスマス遮蔽体を設ける。この結論は、純熱中性子照射場の設計に生かされた。1次元計算では、改良案の熱中性子束は8$$times$$10$$^{9}$$n/cm$$^{2}$$・secガンマ線混入率は、0.5%以下となる。

報告書

U.S./JAERI Fusion Neutronics Calculational Benchmarks for Nuclear Data and Codes Intercomparison

中川 正幸; 森 貴正; 小迫 和明*; M.Z.Youssef*; J.Jung*; M.E.Sawan*

JAERI-M 85-201, 281 Pages, 1985/12

JAERI-M-85-201.pdf:7.19MB

原研と米国間で進行中の核融合ブランケットにおけるニュートロニクスの協同研究の一部として、計算ベンチマークを行い、その結果の相互比較を行った。本レポートはそのまとめであり、UCLAで編集したものである。このベンチマーク計算の目的は、日米双方がFUSの実験解析に用いる核データと輸送コードを使って四つの問題を解き、それらを比較することによって、実験解析の結果生じる不一致を解釈するのに役立てる。また、核データの違いに起因する不確かさの範囲を評価する点でも有用である。

報告書

リチウム・ガラス・シンチレータによるトリチウム生成率の測定法

山口 誠哉; 大山 幸夫; 中村 知夫; 前川 洋

JAERI-M 85-086, 40 Pages, 1985/07

JAERI-M-85-086.pdf:1.12MB

核融合炉中性子工学実験への適用を目的とし、$$^{6}$$Li、$$^{7}$$Liガラス・シンチレー夕を用い、$$^{6}$$Liによるトリチウム生成率を測定する方法を開発した。本方法の利点は、(1)感度が高いので、重照射を必要とせず、(2)オンラインで測定できることである。$$Gamma$$線パックグランドは、両シンチレータの波高分布を差し引くことにより除いた。差引の際に必要となる、両シンチレ一タの$$gamma$$線検出効率比は、測定により決定した。$$^{6}$$Li(n,n'd)$$^{4}$$He反応等の競合反応の寄与については、運動学的解析による評価を行なった。また、自己遮蔽効果、および、$$alpha$$粒子・トリトンの逃げの割合についても検討を加えた。本方法を、D-T中性子場に置いた核融合炉ブランケット模擬体系内におけるTPR分布測定に応用し、測定されたTPR分布を中性子輸送計算の結果と比較検討した結果、本方法が、核融合炉中性子工学実験において有効であることが実証された。

報告書

DDXPLOT:エネルギー・角度二重微分断面積比較プロット用プログラム

井口 哲夫*; 山野 直樹

JAERI-M 84-033, 36 Pages, 1984/02

JAERI-M-84-033.pdf:0.74MB

エネルギー・角度二重微分断面積(Double Differential X-section:DDX)の実験データと評価済みデータファイルから作成されたDDXライブラリーの比較プロットをルーチン的に行なうためのプログラム:DDXPLOTを作成した。本プログラムは、実験条件に併せて、DDXライブラリー中の反応タイプ別DDXの加え合わせ、平滑化を行ない、実験データと比較しうるプロット用データを作成する。さらに、識別名の指定によって、任意のデータ間の比較プロットを可能とする。本報告書では、DDXPLOTプログラムの使用手引書である。

報告書

FAIR-DDX: 二重微分断面積ライブラリ作成コード

南 多善*; 山野 直樹

JAERI-M 84-022, 46 Pages, 1984/02

JAERI-M-84-022.pdf:1.26MB

最近、エネルギーと角度についての二重微分断面積(DDX)が大阪大学及び東北大学において精力的に測定されている。これらの測定結果は核融合炉ニュートロニクスの分野で重要となる高エネルギー領域における非弾性散乱断面積に対して貴重な情報を与える。さらに、これらのDDX測定値と評価済核データJENDL-2を比較する事はJENDL-3評価作業に対する有益なフィードバックとなる。この目的のためにシグマ研究委員会炉定数専門部会核融合・遮蔽定数ワーキング、グループによりJENDL-2より二重微分断面積を作成するFAIR-DDXのコードマニュアルであり、プログラムの概要及び使用法について述べている。

報告書

高速炉の核特性解析用コードシステム

中川 正幸; 阿部 純一*; 佐藤 君英*

JAERI-M 83-066, 74 Pages, 1983/04

JAERI-M-83-066.pdf:1.76MB

高速炉の核特性解析に汎用されるコードをシステム化し、使用効率を高め、エラーを少くするように工夫した。システムに含まれる主なコードは、実効断面積計算用として、EXPANDA-G,SLAROM,ESELEM5を用い、ここで作成した断面積は全て統一された形式で、PDSファイルに記憶される。核計算コードは、CITATION-FBR,ANISN-JR,TWOTRAN2.MORSE,CIPER,SNPERT,PHENIX,3DBであるが、これらを継ぐインターフェイスプログラムとしてJOINTコードが開発された。その他にサービスプログラムと、ユーティリティプログラムがシステムに含まれる。これらを組合せて用いることにより、高速炉の殆どの核特性量が計算可能となった。

口頭

次世代高速炉核設計手法のモデルV&VおよびUQ,2; Verification

池田 一三*; 菅 太郎*; 丸山 修平; 大釜 和也

no journal, , 

75万kWeの次世代ナトリウム冷却高速炉を対象として、3次元のAs-built体系に対する連続エネルギーモンテカルロ法による計算結果を参照解とし、核設計に適用する決定論・最確評価手法のVerificationを実施し、解析モデルに起因する不確かさを定量化した。

口頭

加速器駆動核変換システムの核設計に対する核変換サイクルの各プロセス中不純物核種の影響評価

菅原 隆徳; 方野 量太; 辻本 和文

no journal, , 

本研究では、核変換サイクル中の各プロセスにおける不純物の加速器駆動核変換システム(ADS)核設計に対する影響を評価した。不純物核種として、高レベル廃液からのアクチノイド回収プロセスでプルトニウムに付随するウランと、マイナーアクチノイド(MA)に付随するレアアース(RE)、ADS用MA燃料の乾式再処理工程におけるREの影響を解析し、各プロセスで許容される不純物の上限を評価した。その結果、アクチノイド回収プロセスにおいては、プルトニウム重量に対して最大20wt.%のウラン、およびMA重量に対して5wt.%のREの随伴が許容されることを示した。また乾式再処理におけるREについては、除染係数DF=10程度であれば、核設計に対して大きな影響がないことを示した。これらの評価結果により、ADS核設計の観点から核変換サイクルを構成する各プロセスにおける不純物除去に関する条件を明示した。

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