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論文

データ駆動アプローチを用いた雪崩的乱流輸送現象の解析

朝比 祐一; 藤井 恵介*

プラズマ・核融合学会誌, 97(2), p.86 - 92, 2021/02

本研究では、5次元ジャイロ運動論的シミュレーションによる大規模データを、データ駆動科学的手法により解析した。まず、少数の波が支配的なコヒーレントな状態と様々な波が入り乱れる乱雑な状態の判別を、特異値分解を用いて行った。これにより突発的に起こる熱輸送現象のあとプラズマは乱雑な状態になること、乱雑さはその後自発的に減少すること、次の突発現象はそのような自己組織化の後に起きることが明らかになった。この過程はLandau減衰をはじめとする速度空間構造の変化と密接に変化していると考えられる。しかし、従来手法では5次元位相空間構造の時系列解析は不可能であった。そこでさらに主成分分析による位相空間構造データの圧縮技術を開発した。圧縮されたデータを利用しても突発的輸送が表現できることや、どのような位相空間構造が突発的輸送と関連しているかを論じる。

論文

Compressing the time series of five dimensional distribution function data from gyrokinetic simulation using principal component analysis

朝比 祐一; 藤井 恵介*; Heim, D. M.*; 前山 伸也*; Garbet, X.*; Grandgirard, V.*; Sarazin, Y.*; Dif-Pradalier, G.*; 井戸村 泰宏; 矢木 雅敏*

Physics of Plasmas, 28(1), p.012304_1 - 012304_21, 2021/01

 被引用回数:1 パーセンタイル:23.92(Physics, Fluids & Plasmas)

プラズマ乱流の運動論的シミュレーションによって得られた5次元分布関数の時系列データに主成分分析を適用した。これにより、3桁におよぶデータ圧縮を実現しつつ、83%の累積寄与率を保持できた。各主成分ごとの熱輸送への寄与を調べることで、雪崩的熱輸送には速度空間の共鳴構造が関連していることが明らかとなった。

論文

Introduction to development of advanced safeguards and security NDA technologies by JAEA-ISCN

瀬谷 道夫; 呉田 昌俊; 曽山 和彦; 中村 仁宣; 原田 秀郎; 羽島 良一

Proceedings of INMM 55th Annual Meeting (Internet), 10 Pages, 2014/07

原子力機構は保障措置及び核セキュリティのための、次の先進的な核物質非破壊測定の基礎技術開発プログラムを実施してきている。(1)ZnS/B$$_{2}$$O$$_{3}$$セラミックシンチレータによる$$^{3}$$He代替中性子検知技術、(2)中性子共鳴透過分析(NRTA)及び中性子共鳴捕獲分析(NRCA)の組み合わせによる中性子共鳴濃度分析法、(3)レーザー・コンプトン散乱$$gamma$$線(大強度単色$$gamma$$線)利用核共鳴蛍光NDA(1)は、供給不足が懸念される$$^{3}$$Heに代わるZnS/B$$_{2}$$O$$_{3}$$セラミックシンチレータ中性子検出器の開発であり、(2)は、粒子状溶融燃料などの測定対象物中の核物質同位体組成比測定NDA技術開発、(3)は、レーザー・コンプトン散乱により発生させたエネルギー可変の大強度の単色$$gamma$$線により引き起こすPu/U同位体の核共鳴蛍光反応を利用するNDAのためのプログラムである。この論文ではこれらについて紹介する。

論文

Tensile properties of austenitic stainless steels irradiated at SINQ target 3

斎藤 滋; 菊地 賢司; 宇佐美 浩二; 石川 明義; 西野 泰治; 川合 將義*; Dai, Y.*

Journal of Nuclear Materials, 343(1-3), p.253 - 261, 2005/08

 被引用回数:9 パーセンタイル:54.33(Materials Science, Multidisciplinary)

核破砕中性子源やADSのターゲット及びビーム入射窓は、高エネルギー陽子と核破砕中性子の双方の照射を受ける。しかし、照射データは極めて乏しく、特に、核変換反応によって生じる大量のガス原子の影響は十分にわかっていない。そこで、スイスのポール・シェラー研究所(PSI)で、各種材料について590MeVプロトンの照射試験を行い、原研に輸送して照射後試験を行った。本発表では、3種類のオーステナイト鋼(SA-JPCA, SA-316F及びCW-316F)の引張り試験の結果について報告する。その結果、照射後の0.2%耐力は未照射材の3倍以上に増加し、破断歪みも未照射材の50%以上から20%前後へと低下したが、試験後の破面はいずれも延性破面であり、照射後も延性を維持していることがわかった。

論文

Bend-fatigue properties of 590 MeV proton irradiated JPCA and 316F SS

斎藤 滋; 菊地 賢司; 宇佐美 浩二; 石川 明義; 西野 泰治; 川合 將義*; Dai, Y.*

Journal of Nuclear Materials, 329-333(Part1), p.1093 - 1097, 2004/08

 被引用回数:6 パーセンタイル:41.64(Materials Science, Multidisciplinary)

核破砕中性子源やADSのターゲット及びビーム入射窓は、高エネルギー陽子及び核破砕中性子の照射により損傷を受ける。また、高エネルギー陽子の入射に伴って発生する圧力波及びビームトリップによる熱応力が核破砕ターゲットの容器材料に発生し、その応力成分は曲げが中心となる。材料の設計寿命や健全性評価には照射材の曲げ疲労データが必要である。スイスのポール・シェラー研究所(PSI)で陽子照射した鋼材の一部を原研に輸送し、照射後試験を行った。疲労試験には新たに開発したセラミックアクチュエーター式の曲げ疲労試験機を用いた。曲げ疲労試験の結果、同一変位に対する疲労寿命は、照射によって低下することがわかったが、照射条件と疲労寿命の関係は明確には見られなかった。破面のSEM観察の結果、多くの試料は延性破面であるが、360$$^{circ}$$Cで12.5dpa照射した316F-SAでは粒界破面も観察された。

論文

Post-irradiation tensile and fatigue experiment in JPCA

菊地 賢司; 斎藤 滋; 西野 泰治; 宇佐美 浩二

Proceedings of 6th International Meeting on Nuclear Applications of Accelerator Technology (AccApp '03), p.874 - 880, 2004/00

SINQ加速器照射材の照射後引張り及び疲労試験を行った。580MeVの核破砕反応を伴う照射を2年間実施した後、試験片を原研に輸送し、試験を行った。材料はオーステナイトステンレス鋼のJPCAである。一様歪みは250$$^{circ}$$C試験でも8%以上あり、従来のAPTハンドブックデータとは異なる結果を得た。疲労は高サイクル領域の試験であり、従来報告されていない低応力域の試験である。照射により、ファクターで5から10寿命が低下した。このデータは大強度陽子加速器ターゲット設計に役立つ。

論文

In-situ observation of an austenitic stainless steel weld joint during helium irradiation

浜田 省三; 北條 喜一; 菱沼 章道

Journal of Nuclear Materials, 205, p.219 - 224, 1993/00

 被引用回数:3 パーセンタイル:38.5(Materials Science, Multidisciplinary)

ヘリウムイオン照射下でのJPCA溶接継手の微細組織変化を調べた。実験に用いた試料は10%$$delta$$フェライト相を含むJPCAのTIG溶接継手の溶接金属部である。これを500$$^{circ}$$Cで電子顕微鏡内でヘリウムイオン照射し、その場観察を行った。照射を開始してまもなく$$delta$$相と母相の両者に微小なバブルが高密度で生じた。$$delta$$相中のバブルは照射が進むにつれ、成長しついには合体を始めた。一方、母相内のバブルの挙動は$$delta$$相のそれに比べて逆の傾向を示した。また、$$delta$$相の界面では照射が進むにつれ、照射促進変態により$$delta$$$$rightarrow$$$$sigma$$変態を生じた。この$$sigma$$相の組成は熱時効で形成された$$delta$$相に比べてCrとMoが富化し、FeとNiが欠乏していた。これらの結果から、多量のヘリウムイオンの注入は$$delta$$フェライト相でのバブルの成長ならびに$$delta$$$$rightarrow$$$$sigma$$変態を促進することが明らかになった。

論文

Radiation-induced segregation in FFTF-irradiated austenitic stainless steels

E.A.Kenik*; 北條 喜一

Journal of Nuclear Materials, 191-194, p.1331 - 1335, 1992/00

 被引用回数:31 パーセンタイル:91.74(Materials Science, Multidisciplinary)

この報告はORNLにおけるHFIR/ORRの日米共同実験で得られた成果をまとめたものである。FFTF内で高速中性子照射したUSPCAとEP838材の照射誘起偏析を分析電子顕微鏡を用いて分析した。測定はエネルギー分散型X線分光器(EDS)と透過電子エネルギー損失分光器(EELS)を用いて行った。その結果、USPCAでは転位ループ上に多量のNiとSiの偏析と、FeとCrの減少が見出された。又EP838材の粒界には、Ni,Si,Feの増加とMn,Moの減少とが生じているのを明らかにした。

論文

Compositional behavior and stability of MC-type precipitates in JPCA austenitic stainless steel during HFIR irradiation

鈴木 雅秀; 浜田 省三; P.J.Maziasz*; 實川 資朗; 菱沼 章道

Journal of Nuclear Materials, 191-194, p.1351 - 1355, 1992/00

 被引用回数:13 パーセンタイル:75.14(Materials Science, Multidisciplinary)

日本の核融合炉材料候補材(JPCA)中のTi富化MC型析出物のHFIR照射下での析出挙動についてまとめられた。300$$^{circ}$$Cで34dpaまで照射を行うと、微細なMCが析出する。しかしながら、さらに58dpaまで照射を続けると、MCの密度は減少する。MCの化学組成は、析出物の大きさに強く依存する。熱的に生成したMCも、照射を行うと、照射によって誘起した析出と同様な化学組成、サイズ依存性を有するようになる。本報告では、化学組成のサイズ依存性と析出の照射下での安定性について議論した。

論文

Application of electron energy loss spectroscopy to microchemical analysis of Ti-modified austenitic stainless steel irradiated in HFIR

北條 喜一; 實川 資朗; 鈴木 雅秀; 浜田 省三; 菱沼 章道

Journal of Nuclear Materials, 179-181, p.496 - 499, 1991/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:20.15(Materials Science, Multidisciplinary)

この研究は日米協力による核融合炉材料の照射特性を取得する目的で行ったものである。特に、高レベル放射化材料(JPCA、773K、55dpa、4000at ppm He)(10R/hr以上)中に析出した微小粒子の分析をJEM-2000FX付設透過電子エネルギー損失分光器(EELS)を用いて行った。その結果、数十nmの析出相中にはNiの減少、Tiの増加が観察・測定できた。

論文

Microstructural evolution in austenitic stainless steels irradiated to 57 dpa in HFIR

浜田 省三; 鈴木 雅秀; P.J.Maziasz*; 菱沼 章道

Journal of Nuclear Materials, 179-181, p.515 - 518, 1991/00

 被引用回数:8 パーセンタイル:66.49(Materials Science, Multidisciplinary)

中性子照射によるスエリングに及ぼす析出物の影響を調べるために、オーステナイトステンレス鋼をHFIRで300~500$$^{circ}$$Cで最大57dpa(~4500appm He)まで照射し微細組織を観察した。実験に用いた試料は改良ステンレス鋼(JPCA)、Type316、2つの低炭素鋼の溶体化処理材(SA)および20%冷間加工材(CW)である。400$$^{circ}$$C以下の照射温度では観察される析出物は少なく、スエリングは材料や照射前処理に依存せず小さい。500$$^{circ}$$CでSAではスエリングは、特に低炭素鋼において、大きい。すべての材料で粗大化したM$$_{23}$$C$$_{6}$$やM$$_{6}$$Cが観察され、低炭素鋼では間化合物も観察された。CWではJPCAがスエリングが最も小さく、小さなMCが母相内に均一に観察された。これにより57dpaまでの高照射によってもCWではMCが安定に母相内に存在し、スエリング抑制効果を十分に残していることが明らかになった。

論文

中性子照射による鉄鋼材料の損傷

白石 健介

熱処理, 27(3), p.156 - 161, 1987/03

高速増殖炉の燃料集合体に使用されているオーステナイトステンレス鋼(SUS316相当)では、長年の使用経験と高性能化のための研究開発のほか、核融合炉の構造材料への利用を目的とした開発研究によって、中性子照射による材料特性の変化がかなりよく理解できるようになってきた。ステンレス鋼では、冷間加工や微量元素の添加のほか、オーステナイト相を安定化するように化学組成を調整したPCAや高Niのオーステナイト鋼が開発されている。中性子照射に対する耐性がより優れていることが期待される高Crフェライト鋼では、マルテンサイト単相の12Cr-1Mo鋼で、高温強度をあげるためにMoをWに置きかえ、高温加熱による靭性低下を遅らせるためにNiを除きSi量を減らしたものが第一次の候補材料にあげられる。この材料の実用化のためには、照射損傷に関する基礎的な研究のほか、溶接施工法の開発が望まれる。

論文

Microstructual development of PCAs irradiated in HFIR at 300 to 400$$^{circ}$$C

田中 三雄; P.J.Maziasz*; 菱沼 章道; 浜田 省三

Journal of Nuclear Materials, 141-143, p.943 - 947, 1986/00

 被引用回数:25 パーセンタイル:90.06(Materials Science, Multidisciplinary)

核融合炉用材料として開発した日米の候補材料(PCA)の照射実験を共同で進めている。ここでは双方の候補材料であるFERなど近未来を目標にしたSVS316鋼の改良材を実用に近い温度300と400$$^{circ}$$CでHFIR(High Flux Isotope Reactor)で10と34dpaまで照射した後、電子顕微鏡を利用してミクロ組織とくに転位ループ及び転位線、キャビティ(ボイド、ヘリウム気泡)、析出物に注目して観察した結果を報告する。用いた材料は米国の25%冷間加工材と日本の15%冷間加工材及び溶体化処理材である。その結果日米双方の上記パラメータの照射下における挙動はほとんど差がないこと及びこの実験条件下では加工材と溶体化材の差異が非常に小さいことが明らかとなった。

論文

Analysis of detailed neutron fluxes in PWR pressure vessel by two- and three-dimensional PALLAS transport codes

竹内 清*; 笹本 宣雄

Nuclear Technology, 62, p.207 - 221, 1983/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:35.51(Nuclear Science & Technology)

加圧水型軽水炉の計算モデル化が圧力容器のベルトラインにおける中性子場の計算結果に及ぼす影響を調べるため、1000MWeクラスPWRについて3つの座標、すなわち(R,$$theta$$),(R,Z)および(X,Y,Z)と(R,$$theta$$)の結合座標形状に対してモデル化を行い、中性子輸送計算を実施した。PALLAS-XYZによる3次元計算は他の2次元計算の標準として用いた。標準計算との比較から、(R,$$theta$$)計算に用いる線源規格化は実効炉心長を用いて行えばよいことが分った。さらに2種類の(R,Z)モデルを用いて圧力容器での計算値の下限を調べた。(R,$$theta$$)計算で軸方向への漏洩を無視した影響も調べ、圧力容器外表面まではその影響はほとんど無いことがわかった。圧力容器内面での方位角方向のピーキングはおよそ2.7である。PALLASの計算精度はPCA8/7体系での実験、およびアーカンサスPWR原発の実験結果との比較により30%以内であることを確めた。

口頭

大規模核融合プラズマ乱流シミュレーションデータの主成分分析

朝比 祐一

no journal, , 

プラズマ乱流輸送の予測には、第一原理的シミュレーションであるジャイロ運動論的シミュレーションが利用される。計算は空間3次元,速度2次元,時間1次元の計6次元で行われ、数10TBに及ぶ大規模なシミューレーションデータが生成される。高次元,大規模なデータから構造を抽出しかつデータサイズ削減するため、この6次元データに対して主成分分析を適用した。データサイズを3桁程度削減し、分散の83%程度表現できることを示した。同時に、突発的な輸送現象と関連する位相空間構造を明らかにした。

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