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論文

J-PARCにおける加速器駆動核変換システム(ADS)の研究開発,1; 加速器駆動核変換システム(ADS)

前川 藤夫

プラズマ・核融合学会誌, 98(5), p.201 - 205, 2022/05

核変換技術は、原子力発電に伴い発生する「核のゴミ」問題の有力な解決手段である。大強度加速器と未臨界炉心を組み合わせた加速器駆動システム(ADS)は、核変換を行うための有望なツールである。本稿では、ADSによる核変換の意義と原理、ADSの設計例、核変換を含む分離変換技術とその効果、必要とされる大強度加速器の性能、海外の動向等について解説する。

論文

J-PARCにおける加速器駆動核変換システム(ADS)の研究開発,3; 鉛ビスマスターゲット技術

佐々 敏信

プラズマ・核融合学会誌, 98(5), p.211 - 215, 2022/05

鉛ビスマス共晶合金(LBE)が、その核的・化学的特性から、次世代原子炉の冷却材や加速器駆動システム(ADS)の核破砕ターゲットとして有望視されている。LBEは重金属であり、核破砕ターゲットとしても長寿命放射性核種の核変換システムの冷却材としても良好な特性を有している。一方、その利用の大きな課題の一つである構造材との共存性を向上するための様々な技術開発とともに、ADSによる核変換技術の早期実用化を目指して進めている、LBEの高温運転、耐腐食性確保のための酸素濃度制御など最新の研究成果を紹介する。

論文

加速器駆動核変換システム(ADS)

前川 藤夫

高エネルギー加速器セミナー; OHO '18受講用テキスト, 11 Pages, 2018/09

加速器駆動核変換システム(Accelerator Driven nuclear transmutation System: ADS)は、大強度加速器と未臨界の原子炉を組み合わせることにより、原子力発電所の運転に伴い発生する高レベル放射性廃棄物を減容化し、有害度を低減する技術である。本稿では、ADSによる核変換の仕組みと効果、J-PARCにおける研究開発の現状等について紹介する。

論文

Validation of PHITS spallation models from the perspective of the shielding design of transmutation experimental facility

岩元 大樹; 明午 伸一郎

EPJ Web of Conferences, 153, p.01016_1 - 01016_9, 2017/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:85.61

The impact of different spallation models implemented in the particle transport code PHITS on the shielding design of Transmutation Experimental Facility (TEF) was investigated. For 400-MeV proton incident on a lead-bismuth eutectic target. An effective dose rate at the end of a thick radiation shield (3-m-thick iron and 3-m-thick concrete) calculated by the Li${`e}$ge intranuclear cascade (INC) model version 4.6 (INCL4.6) coupled with the GEM code (INCL4.6/GEM) yields $$sim$$1.5 times higher than the Bertini INC model (Bertini/GEM). A comparison with experimental data for 500-MeV proton incident on a thick lead target shows that the INCL4.6/GEM is in fairly good agreement with the experiment, which suggest that the prediction accuracy of INCL4.6/GEM would be better than that of Bertini/GEM. In contrast, it is found that the dose rates in beam ducts in front of targets calculated by the INCL4.6/GEM are lower than those by the Bertini/GEM. Since both models underestimate the experimental results for neutron-production double-differential cross sections at 180$$^{circ}$$ for 140-MeV proton incident on carbon, iron, and gold targets, we conclude that it is necessary to allow for a margin of uncertainty caused by the spallation models, which is a factor of two, in estimating the dose rate induced by neutron streaming through a beam duct.

論文

Oxidation and reduction behaviors of a prototypic MgO-PuO$$_{2-x}$$ inert matrix fuel

三輪 周平; 逢坂 正彦

Journal of Nuclear Materials, 487, p.1 - 4, 2017/04

 被引用回数:4 パーセンタイル:50.55(Materials Science, Multidisciplinary)

MgOを母材としたPuO$$_{2-x}$$含有イナートマトリックス原型燃料の酸化還元挙動を熱分析により調べ、MgO-PuO$$_{2-x}$$試料の酸化還元速度を実験的に決定した。MgO-PuO$$_{2-x}$$試料の酸化還元速度はPuO$$_{2-x}$$試料に比べ低くなった。また、高い酸素分圧条件において、MgO-PuO$$_{2-x}$$試料の定比からのO/Pu比の変化はPuO$$_{2-x}$$試料に比べ小さくなることがわかった。これより、MgOを母材にすることによりイナートマトリックス燃料からの酸素供給及び放出が抑制されることがわかり、被覆管酸化等の観点で懸念となる高い酸素ポテンシャルを有するマイナーアクチニド酸化物の母材としてMgOが有効であることがわかった。

論文

Concept of transmutation experimental facility

大井川 宏之; 佐々 敏信; 菊地 賢司; 西原 健司; 倉田 有司; 梅野 誠*; 辻本 和文; 斎藤 滋; 二川 正敏; 水本 元治; et al.

Proceedings of 4th International Workshop on the Utilisation and Reliability of High Power Proton Accelerators, p.507 - 517, 2005/11

J-PARC施設の一つとして、原研は核変換実験施設(TEF)の建設を計画している。TEFは、核変換物理実験施設(TEF-P)とADSターゲット試験施設(TEF-T)で構成される。TEF-Pは、600MeV, 10Wの陽子ビームを入射できる臨界実験施設である。TEF-Tは、600MeV, 200kWの陽子ビームを用いる材料照射施設で、鉛ビスマスターゲットを設置するが、核燃料を使った中性子増倍は行わない。本報告では、実験施設の目的,概念設計の現状,想定する実験項目を示す。

論文

Design study around beam window of ADS

大井川 宏之; 辻本 和文; 菊地 賢司; 倉田 有司; 佐々 敏信; 梅野 誠*; 西原 健司; 斎藤 滋; 水本 元治; 高野 秀機*; et al.

Proceedings of 4th International Workshop on the Utilisation and Reliability of High Power Proton Accelerators, p.325 - 334, 2005/11

原研は、マイナーアクチニド(MA)の効果的な核変換を目的とした加速器駆動未臨界システム(ADS)の研究開発を進めている。原研が提案するADSは、熱出力800MWの鉛ビスマス冷却タンク型未臨界炉でMAとプルトニウムを混合した窒化物燃料を装荷する。鉛ビスマスは入射陽子ビームによる核破砕反応で中性子を発生させるターゲットとしても使用される。本研究では、ビーム窓周辺の設計に焦点を絞ったADSの成立性について検討した。ホットスポット燃料ピンの冷却性確保のために、ターゲット領域とダクトレス燃料集合体の間に隔壁を設けた設計とした。また、ビーム窓の冷却を効果的に行うように、流調ノズルを設けた。熱流動解析の結果、最大ビーム出力30MW時においても、ビーム窓の外表面最高温度を摂氏500度以下に抑制できることがわかった。外圧とビーム窓内の温度分布の結果生じる応力も、許容制限値以下となった。

論文

大強度陽子加速器施設(J-PARC)で期待される原子力科学

鬼柳 善明*; 永宮 正治*; 大山 幸夫; 池田 裕二郎; 大井川 宏之; 井頭 政之*; 馬場 護*; 岩崎 智彦*; 渡辺 幸信*; 石橋 健二*

日本原子力学会誌, 46(3), p.173 - 197, 2004/03

大強度陽子加速器施設J-PARCでは、断面積測定,遮蔽実験などのビーム利用実験ができること、また、II期工事に計画されている核変換実験施設は、原子力エネルギーに直接関係するものであるという理由から、このような研究に関係が深い原子力学会の炉物理,放射線工学,加速器・ビーム科学,核データの4部会が合同で、J-PARCを利用した研究について、企画セッションなどを通して検討してきた。本特集は、そこでまとめられた研究計画について述べたものである。また、検討された研究を、さらに効率的・発展的に進めるための提案にも言及している。プロジェクト側から施設建設状況と実験施設の利用計画について、次いで4つの関係部会からの研究提案について詳細を述べる。

報告書

Nuclear Energy System Department annual report; April 1, 2000 - March 31, 2001

エネルギーシステム研究部

JAERI-Review 2002-005, 280 Pages, 2002/03

JAERI-Review-2002-005.pdf:18.05MB

本報告書は、平成12年度におけるエネルギーシステム研究部の研究活動状況をとりまとめたものである。エネルギーシステム研究部は、将来型炉等新たなエネルギーシステムを視野に入れた基礎基盤的な研究を進めている。平成12年度のエネルギーシステム研究部の研究分野は、核及び原子分子データの評価,低減速スペクトル炉の概念設計研究,炉物理実験及び炉特性解析コードの開発,伝熱流動実験及び解析,原子力エネルギーの経済性評価,原子炉用新材料の開発及び経年挙動の研究、新型燃料の研究,核変換システムの研究,舶用炉及び原子力船システムの研究等にわたっている。このほか、エネルギーシステム研究部の各種炉工学施設の維持・管理も行っている。本報告では、エネルギーシステム研究部が運営を担当する研究委員会の活動報告もとりまとめられている。

論文

大強度陽子加速器計画の現状と研究構想

大山 幸夫

日本原子力学会モンテカルロ法による粒子シミュレーションの現状と課題, p.183 - 191, 2001/01

原研及び高エネルギー加速器研究機構(KEK)は共同して大強度陽子加速器計画施設の建設を進めている。本計画は、600MeV陽子リニアック,3GeV及び50GeV陽子シンクロトロン加速器群により作り出される陽子ビームを用いて、核変換実験施設,物質・生命科学実験施設(ミュオン実験施設,中性子散乱実験施設),原子核素粒子実験施設,ニュートリノ実験施設の建設を目指している。物質・生命科学実験施設における中性子利用では、減速した熱・冷中性子を用いた飛行時間法による広いQ-W領域における中性子散乱による物性研究・構造生物学研究、また、ミュオン実験では、mSR等ミュオンをプローブとして用いた物性研究等が計画されている。原子核・素粒子実験施設では、K中間子,$$pi$$中間子等の2次ビームを用いて極限状態の原子核やストレンジネスを持つ原子核の研究が行われる。ニュートリノ実験では、現在つくばで行われているK2K実験より百倍強度の高いニュートリノを用いてニュートリノ振動や混合状態の精密測定が期待されている。核変換実験施設では、物理実験施設を用いて未臨界炉心の炉特性実験や制御実験を行うとともに、工学実験施設でターゲット・構造材料に関する照射実験や液体ターゲットシステムの実証試験を行う。

報告書

中性子科学研究計画における研究開発

中性子科学研究センター

JAERI-Tech 99-031, 453 Pages, 1999/03

JAERI-Tech-99-031.pdf:23.89MB

本報告書は、平成9年度に発足した原研の中性子科学研究センターにおける設計、研究開発に関して、平成10年秋までの成果及びこれまで約10年間の関連技術開発成果をまとめたものである。中性子科学研究計画の概要、大強度陽子加速器(イオン源、リニアック、蓄積リング等)の設計及び研究開発、中性子散乱実験施設の設計及び同施設用核破砕ターゲットの研究開発、消滅処理実験施設(ターゲット熱流動試験施設、材料照射試験施設、中性子核物理実験施設、炉物理実験施設、実験炉)の設計及び関連研究開発、中性子科学にとって共通の基盤技術研究開発(ニュートロニクス、材料、中性子利用技術、計測技術)のほか、放射線問題に焦点を当てた安全設計技術検討の状況について記述している。

報告書

Proceedings of the 3rd Workshop on Neutron Science Project; Science and Technology in the 21st Century opened by Intense Spallation Neutron Source, March 17 and 18, 1998, JAERI, Tokai, Japan

中性子科学計画室

JAERI-Conf 99-003, 215 Pages, 1999/03

JAERI-Conf-99-003.pdf:14.79MB

平成10年3月17,18日に東海研において、「中性子科学研究計画」の進捗状況についての報告と本計画に関連して研究所内外の専門家との議論を行うために、第3回「中性子科学研究計画」に関するワークショップを開催した。本論文集は、ワークショップ後に投稿された論文等を編集したものである。

論文

中性子科学研究計画

向山 武彦

原子力システムニュース, 8(4), p.34 - 43, 1998/03

原研が推進している中性子科学研究計画について概説したものである。内容は、1.計画の経緯・背景、2.核破砕中性子源、3.研究分野、4.施設構想、5.開発スケジュール、6.まとめである。

論文

群分離・消滅処理研究開発; 高レベル放射性廃棄物処理処分の高度化を目指して

向山 武彦

原子力eye, 44(2), p.15 - 19, 1998/02

2月号特集「核燃料リサイクル確立に向けて」の一環としての記事である。内容は、群分離・消滅処理のねらい、消滅処理の方法、群分離・消滅処理の研究開発動向、研究開発の現状、群分離・消滅処理のシナリオ、である。

論文

「マイナーアクチニド核廃棄物の核変換のために要求される核分裂生成物収率データ」IAEA協力研究計画第1回検討会合報告

深堀 智生; 片倉 純一

日本原子力学会誌, 40(5), p.363 - 366, 1998/00

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Nuclear Science & Technology)

「マイナーアクチニド核廃棄物の核変換のために要求される核分裂生成物収率データ」に関するIAEA協力研究計画の第1回検討会合が1997年11月にウィーンのIAEA本部にて開催された。核廃棄物消滅処理における、専焼炉や加速器駆動システムなどの成立可能性、中性子経済及び環境安全性などを考慮するためには、それぞれの概念において考慮されるべきエネルギー領域における系統的な核分裂生成物収率データの整備が必要となる。しかし、現存するデータの状況は、エネルギー依存データは14MeVまでしかなく、マイナーアクチニド収率セットは不完全であり、必要とされる全てのエネルギー領域で収率を計算できるツールは存在しない。このため、本CRPではエネルギー依存の核分裂収率データ評価に使用可能なシステマティクスまたはモデルを開発することを目標に掲げている。第1回検討会合では、この目標を達成すべく、現状の実験データ及び理論・モデルのレビューを行い、参加者による作業の策定及び分担を討議した。本報告では、これらの討議結果に関して報告するとともに、日本における検討の参考とするために日本に期待されている作業分担について概説した。

論文

Progress of JAERI neutron science project

大山 幸夫; 水本 元治; 日野 竜太郎; 滝塚 貴和; 鈴木 康夫*; 安田 秀志; 渡辺 昇*; 向山 武彦

Proc. of 2nd Int. Topical Meeting on Nuclear Applications of Accelerator Technology (AccApp'98), p.337 - 344, 1998/00

原研中性子科学研究計画では、大強度パルス及び連続ビーム核破砕中性子源を含む核破砕中性子を利用する研究施設の概念検討を行っている。この計画は、基礎科学及び長寿命核種の加速器駆動消滅処理の技術開発を、中性子を利用して推進するものである。主な施設は8MWの陽子加速器、中性子散乱研究用の5MWの核破砕中性子ターゲットステーション、消滅処理技術、核物理、材料照射、医療用RI利用、RIビームの各研究開発施設である。本編では加速器及び核破砕ターゲットの技術開発、研究施設概念設計の現状について報告する。

報告書

第2回「中性子科学研究計画」に関するワークショップ論文集

安田 秀志; 東稔 達三

JAERI-Conf 97-010, 212 Pages, 1997/11

JAERI-Conf-97-010.pdf:10.5MB

原研では、高エネルギー陽子ビームを用いた大強度核破砕中性子源を開発し、これを利用して、広範囲の基礎研究と高レベル放射性廃棄物の消滅処理等の原子力技術の研究開発の展開を図るために、大強度陽子加速器(中性子科学用加速器)の開発を進めている。さらに、付属して設置する各種研究施設の概念検討を行っている。昨年3月に引き続き第2回目である本ワークショップは、その後の検討の現状について報告し研究所内外の専門家を交えた議論を行うため、平成9年3月13,14日の両日に日本原子力研究所東海研究所で開催した。プログラムは特別講演を含む9つのセクションから構成され、34件の講演があった。参加者は310名で、このうち原研114名、外部166名であった。本報告書はワークショップにおいて発表された論文を編集したものである。

報告書

Reactor engineering department annual report; April 1, 1996 - March 31, 1997

原子炉工学部

JAERI-Review 97-011, 338 Pages, 1997/10

JAERI-Review-97-011.pdf:11.71MB

本報告は、平成8年度における原子炉工学部の研究活動状況をとりまとめたものである。当該年度に原子炉工学部において推進された主要な研究活動は、新型炉の概念設計及び協力な中性子源を建設し新たな中性子科学研究を展開するための大強度線形陽子加速器の開発である。また、原子炉工学部では、基礎基盤研究として核データと群定数、炉理論及びコード開発、炉物理実験及び解析、核融合中性子工学、放射線遮蔽、原子炉計測及び計装、原子炉制御及び診断、伝熱流動並びに炉工学施設、加速器施設及び伝熱流動施設の技術開発を行っている。さらに、高温ガス炉、核融合等の日本原子力研究所プロジェクト研究及び動力炉・核燃料開発事業団の高速炉研究への協力も推進している。本研究では、原子炉工学部が運営を担当する研究委員会の活動報告もとりまとめられている。

報告書

第1回「中性子科学研究計画」に関するワークショップ論文集; 1996年3月12日~3月13日,東海研究所,東海村

安田 秀志; 東稔 達三; 水本 元治

JAERI-Conf 96-014, 234 Pages, 1996/09

JAERI-Conf-96-014.pdf:9.7MB

原研では、陽子ビームから生成される強力な中性子源を利用して広範囲の基礎研究と消滅処理等の原子力技術開発の展開を図るために、大強度陽子加速器の開発を進めており、さらに、ビーム利用の各種研究施設についても構想の検討を始めている。この検討の現状について原研内外の専門家を交えた議論を行うため、標記のワークショップを平成8年3月に東海研究所で開催した。プログラムは8分野のセッションで、1)加速器、2)中性子散乱、3)ターゲット、4)材料照射、5)ミューオン・中間子、7)中性子核物理、8)消滅処理に分かれ、26件の講演から構成され、昨年以降の検討結果を中心に議論が持たれた。本論文集は、このワークショップでの発表内容に沿って提出された論文を編集したものである。

論文

Proposal of neutron science research program

鈴木 康夫*; 安田 秀志; 東稔 達三; 水本 元治

10th Pacific Basin Nuclear Conf. (10-PBNC), 2, p.1425 - 1431, 1996/00

原研の中性子科学研究計画では、基礎科学と原子力研究を加速エネルギー1.5GeV、平均電流10mAの大強度陽子加速器を利用して実施する。研究施設としては、中性子散乱研究のための熱・冷中性子施設、材料科学のための中性子照射施設、核データ測定のための中性子核物理施設、消滅処理等のためのオメガ・核エネルギー施設、核物理研究のための核破砕RIビーム施設、加速器技術開発や医療応用研究のための中間エネルギービーム施設及び中間子・ミューオン施設である。線形陽子加速器の研究開発はすでにイオン源、RFQ加速部及びDTL加速部の一部について実施している。中性子科学研究計画に係る概念設計と研究開発は1996年に開始した。建設は2期に分けて行う。第1期の完成は2003年であり、基本的には現状技術を活用して1.5GeV、1mAの陽子ビームを発生させる。

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