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報告書

3次元六角体系用中性子輸送計算コードの整備,2; MINISTRIコードの改良及び機能拡張

杉野 和輝; 滝野 一夫

JAEA-Data/Code 2019-011, 110 Pages, 2020/01

JAEA-Data-Code-2019-011.pdf:3.37MB

実機高速炉炉心やロシアのBFS臨界実験体系の中性子輸送計算を高精度で行うことが可能な決定論的手法に基づく3次元六角体系用三角メッシュ離散座標法(SN法)輸送計算コードMINISTRIコード(Ver.7.0)を整備した。具体的には、これまで整備したMINISTRIコード(Ver.1.1)の非収束性の問題を詳細に分析し、適切な改良を行うことにより、大型炉心体系への適用における収束性を飛躍的に向上させることができた。改良後のMINISTRIを種々の高速炉炉心を対象にして検証を行った結果、同じ断面積を用いた多群モンテカルロ法計算結果に対して、実効増倍率で0.1%以内、出力分布で0.7%以内の一致が見られ、十分な精度を有することを確認した。また、計算時間に関しては、初期拡散計算機能の導入と並列処理化により、従来と比較して約10分の1への計算時間の短縮を図ることができた。更に、セル非等方ストリーミング効果取り扱い機能の導入、摂動計算ツールの整備、六角格子内三角メッシュ毎断面積指定機能の追加、六角メッシュ計算コードMINIHEX統合を行い、汎用性を高めた。

論文

Investigation of the electronic structure and lattice dynamics of the thermoelectric material Na-doped SnSe

Wu, P.*; Zhang, B.*; Peng, K. L.*; 萩原 雅之*; 石川 喜久*; 古府 麻衣子; Lee, S. H.*; 組頭 広志*; Hu, C. S.*; Qi, Z. M.*; et al.

Physical Review B, 98(9), p.094305_1 - 094305_7, 2018/09

 被引用回数:4 パーセンタイル:53.96(Materials Science, Multidisciplinary)

熱電材料であるNaドープしたSnSeについて、ARPES, 中性子回折, 中性子非弾性散乱でその電子構造と格子ダイナミクスを測定した結果を報告する。

論文

SfMで作成したDSMによる積雪深推定手法

宮坂 聡*; 宇野女 草太*; 田村 恵子*; 伊藤 嘉高*; 石崎 梓; 眞田 幸尚

日本リモートセンシング学会第63回(平成29年度秋季)学術講演会論文集(CD-ROM), p.81 - 84, 2017/11

空中線量計測と同時撮影を前提として、空中写真を用いたSfM手法により作成した積雪前後のDSMデータを用いて、積雪深の推定手法の評価を行った。本手法による精度は、個別地点における放射線測定データの補正に必要な精度には満たなかったものの、レーザ測量と比較して、一定の相関は認められた。より精度向上が期待できる方法としては、サイドラップを可能にする等の撮影方法の改善及び解像度による精度の違いの検討が考えられる。

論文

Event sequence assessment of deep snow in sodium-cooled fast reactor based on continuous Markov Chain Monte Carlo method with plant dynamics analysis

高田 孝; 東 恵美子*

Journal of Nuclear Science and Technology, 53(11), p.1749 - 1757, 2016/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:82.75(Nuclear Science & Technology)

東京電力福島第一原子力発電所事故以降、外部ハザードに対する原子力発電所のマージン評価が重要となっている。本論文では、外部ハザード発生時のプラント応答を定量的にかつ統計的に評価することを目的に、連続マルコフ連鎖モンテカルロ(CMMC)法をプラント動特性ツールに援用した新たな評価手法を開発した。CMMC法では現在のプラント状態をもとに機器の機能喪失確率を評価し、モンテカルロ法を用いることで様々なプラントシーケンスを個別に評価する。本論文では開発した手法を用い、積雪ハザードにおけるナトリウム冷却高速炉の事象進展を評価した結果について報告する。

論文

Development of probabilistic risk assessment methodology against extreme snow for sodium-cooled fast reactor

山野 秀将; 西野 裕之; 栗坂 健一

Nuclear Engineering and Design, 308, p.86 - 95, 2016/11

 被引用回数:4 パーセンタイル:46.36(Nuclear Science & Technology)

本論文は、主にナトリウム冷却高速炉(SFR)の崩壊熱除去機能に関して外部ハザード評価及び事象シーケンス評価を通じて積雪の確率論的リスク評価(PRA)手法を記述する。典型的な日本のSFRサイトにおける最近50年間の気象データを用いて、日降雪深(降雪速度)と積雪深を日降雪深で除することで求められる降雪継続時間の組み合わせることで積雪ハザードカテゴリを設定した。各積雪ハザードカテゴリに対して、崩壊熱除去喪失を表すいくつかの分岐からなるイベントツリーによって、事象シーケンスを評価した。アクシデントマネジメントとして、除雪作業と空気冷却器ダンパ手動操作がイベントツリーに取り入れられた。また、アクセスルート失敗確率モデルもイベントツリー定量化にあたって開発された。本論文では、積雪PRAにより、炉心損傷頻度が10$$^{-6}$$/炉年以下であることを示した。支配的な積雪ハザードカテゴリは、1-2m/dayの降雪で0.5-0.75dayの継続時間の組み合わせであった。重要度解析及び感度解析によって、アクセスルート確保がリスクに対する寄与が高いこともまた示された。

論文

原子力機構人形峠で観測された降雨雪による空間線量率変動の解析

田中 裕史; 迫田 晃弘; 安藤 正樹; 石森 有

保健物理, 51(2), p.107 - 114, 2016/06

日本原子力研究開発機構人形峠環境技術センターでは、空間線量率の監視や気象観測を常時行っている。本研究では、2014年4月$$sim$$2015年3月における降雨雪による空間線量率の変動を評価した。原子力機構人形峠では、冬季の積雪が多いという地域的特徴がある。概ね月1回の頻度で一定時間、降雨雪を採取し、ラドン子孫核種濃度を測定した(全17事例)。測定結果を用いて空間線量率の変動を計算した結果、観測値と比較的良い一致がみられた(4例を除く)。この4例のうち2例は、後方流跡線解析より降水採取前後での子孫核種濃度の変化が示唆され、これが不一致の原因と考えられた。他の2例は、雨水の地表からの流出によると考えられた。

論文

Spontaneous activation behavior of Ni$$_{3}$$Sn, an intermetallic catalyst, for hydrogen production via methanol decomposition

Fan, M.*; Xu, Y.*; 櫻井 惇也*; 出村 雅彦*; 平野 敏幸*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆

International Journal of Hydrogen Energy, 40(37), p.12663 - 12673, 2015/10

 被引用回数:6 パーセンタイル:78.19(Chemistry, Physical)

Ni$$_{3}$$Sn単相粉末試料のメタノール分解反応に対する触媒特性を調べた。触媒反応は713K, 793K, 873Kの各温度で等温実験であった。793K以上の温度では触媒活性は時間の増加に伴い高くなることを見出した。また、Ni$$_{3}$$SnはH$$_{2}$$とCOに高い選択性を示すことが分かった。表面キャラクタリゼーションの結果、触媒反応中触媒表面にNi$$_{3}$$Sn微粒子が生成されることが分かった。これらの微粒子は自発活性化の原因と考えられる。

論文

Thermal strain in superconducting Nb$$_{3}$$Sn strand at cryogenic temperature

Harjo, S.; 川崎 卓郎; 辺見 努; 伊藤 崇芳*; 中本 建志*; 相澤 一也

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.031001_1 - 031001_5, 2015/09

Measurements of thermal strains in the superconducting constituent (Nb$$_{3}$$Sn phase) in Nb$$_{3}$$Sn strand were performed using BL19 Takumi of MLF, J-PARC. Lattice parameters of Nb$$_{3}$$Sn phase change continuously with increasing temperature. To avoid the thermal expansion effect, lattice parameters of the filaments (extracted from the strand) measured at the same temperatures were used to estimate the thermal strains in Nb$$_{3}$$Sn phase. As results, thermal strains for axial direction below 50 K are kept roughly constant at large compressive values, while the values are much lower (the difference is $$sim$$0.13%) than that measured at room temperature.

論文

Development of risk assessment methodology of decay heat removal function against external hazards for sodium-cooled fast reactors, 1; Project overview and margin assessment methodology against snow

山野 秀将; 西野 裕之; 栗坂 健一; 岡野 靖; 堺 公明; 山元 孝広*; 石塚 吉浩*; 下司 信夫*; 古川 竜太*; 七山 太*; et al.

Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 10 Pages, 2015/05

本論文では、プロジェクト概要に加えて、主に積雪マージン評価手法開発について述べる。積雪マージン評価には降雪速度と継続時間の組み合わせが指標となる。降雪中は除雪が期待できるから、除雪速度が降雪速度を下回ったときに除熱失敗と定義すると、その除熱失敗に至るまでの降雪継続時間がマージンとみなされるという積雪マージン評価手法を開発した。

論文

衝突噴流熱伝達特性の実験的解明とJSNS用モデレータ設計への応用

麻生 智一; 門出 政則*; 佐藤 博; 日野 竜太郎; 達本 衡輝; 加藤 崇

日本原子力学会和文論文誌, 5(3), p.179 - 189, 2006/09

J-PARCのMW級核破砕中性子源(JSNS)では、水素(液体又は超臨界)をモデレータ材料として用いる。水素モデレータは過酷な中性子場による核発熱条件下にあり、モデレータ容器の効率的な冷却が要求される。そこで、衝突噴流による冷却特性に着目し、水素の温度上昇を抑えて水素密度が大きく変化しないように容器構造と流動条件を検討することとした。容器壁のある閉空間における衝突噴流による熱伝達特性を評価するために、2次元定常熱伝導の逆問題解を用いた熱伝達率を求める手法を導入し、JSNSモデレータの円筒型容器を模擬した試験体による実験結果から、熱伝達率分布は、壁のない水平平板に対する分布と異なり、容器壁の影響によって噴流Re数の増加に伴い容器壁周辺の熱伝達率が増加し、モデレータ容器底面r=0$$sim$$70mmの範囲における平均ヌセルト数Nuavは、ノズル高さH/d$$<$$0.4の場合、管内強制対流熱伝達のDittus-Boelterの式の2.5倍以上となることを明らかにした。そして、中性子性能や液体水素の強制循環に影響を及ぼさないような実機運転条件を評価した。

論文

Structural analysis of Ge(111)-3$$times$$3-Sn surface at low-temperature by reflection high-energy positron diffraction

深谷 有喜; 河裾 厚男; 一宮 彪彦

Surface Science, 600(18), p.4086 - 4088, 2006/09

 被引用回数:10 パーセンタイル:52.97(Chemistry, Physical)

Ge(111)-$$(sqrt{3}$$)$$times$$$$(sqrt{3}$$)-Sn表面は、半導体表面上に形成した2次元金属構造として詳細に研究されている。この表面は、約220K以下になると相転移を起こし、$$(sqrt{3}$$)$$times$$$$(sqrt{3}$$)からより対称性の低い3$$times$$3構造に変化する。これまでの研究から、相転移のモデルとして、表面の電荷密度波(CDW)の形成やSn原子の動的揺らぎなどが報告されているが、現在のところコンセンサスは得られていない。さらに原子配置の詳細、特に表面垂直成分に関しては解明されていない。本研究では、最表面に位置するSn原子の正確な原子位置と熱振動やSn原子の揺らぎを詳細に調べるために、最表面構造に非常に敏感な反射高速陽電子回折(RHEPD)を用いて研究を行う。110Kと室温においてRHEPD強度のロッキング曲線の測定を行い、動力学的回折理論に基づく強度解析から、それぞれの温度における表面構造を決定する。さらに、臨界温度近傍でのSn原子の熱的振る舞いを調べるために、さまざまなスポットに対してRHEPD強度の温度依存性の測定を行う。以上の解析結果から、Ge(111)-$$(sqrt{3}$$)$$times$$$$(sqrt{3}$$)-Sn表面における3$$times$$3から$$(sqrt{3}$$)$$times$$$$(sqrt{3}$$)構造への相転移について議論する。

論文

Demonstration of JK2LB jacket fabrication for ITER central solenoid

濱田 一弥; 中嶋 秀夫; 河野 勝己; 高野 克敏*; 堤 史明*; 関 秀一*; 奥野 清; 藤綱 宣之*; 溝口 満*

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 16(2), p.787 - 790, 2006/06

 被引用回数:6 パーセンタイル:60.71(Engineering, Electrical & Electronic)

原研では、国際熱核融合実験炉(ITER)の活動の一環として、中心ソレノイド(CS)のジャケットの試作作業を進めている。ITER CSの導体は、外形51.4mm角,内径35.1mmの穴を持つ矩形ジャケットを使用する。ジャケットは、4Kで耐力1000MPa以上,破壊靭性値KIC(J)130MPa$$sqrt{m}$$以上が要求される。ジャケット材料には、原研が開発したJK2LB鋼(0.03C-22Mn-13Cr-9Ni-1Mo-0.2N-B)を使用する。素材の製作として、3ton溶解炉及びElectroslag Remelting(ESR)工程を経て、直径170mmのJK2LB鍛造ビレットを1.6ton製作し、良好な熱間加工特性及び量産が可能であることを確認した。ジャケットは外形及び内径精度が+/-0.2mm、穴の偏芯率10%以下、ジャケット単長は最低5mを達成する必要がある。試作した鍛造ビレットから、熱間押し出し及び冷間引抜によりジャケットを試作し、寸法精度を確認した。その結果、外形及び内径の変動は0.2mm以下、偏芯率は5%以下、ジャケットの単長は7mであることを確認した。以上の結果より、ITER CSジャケットの製作に必要な技術を確立できた。

論文

A New model to simulate critical current degradation of a large CICC by taking into account strand bending

小泉 徳潔; 布谷 嘉彦; 奥野 清

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 16(2), p.831 - 834, 2006/06

 被引用回数:24 パーセンタイル:26.54(Engineering, Electrical & Electronic)

ITERモデル・コイル試験で、大型Nb$$_{3}$$Snケーブル・イン・コンジット(CIC)導体に、臨界電流値(Ic)とn値の劣化が観測された。また、この劣化は、電磁力が大きくなる程大きくなった。他方、Nb$$_{3}$$Al導体を使用したCIC導体では、劣化は観測されなかった。これらの結果を説明するために、素線の試験結果をもとにした新たに解析モデルを考案した。本モデルでは、個々の素線の横荷重によるIcとn値の劣化を測定し、静水圧モデルを仮定して導体断面内の横荷重を求め、これらの結果から、導体内の個々の素線のIcとn値を評価し、その結果として、導体のIcとn値を求める。解析の結果、Nb$$_{3}$$Sn導体では、電磁力が積分され、素線に加わる横荷重が最大となる低磁場側から常伝導転移が起こり、その結果として、Icとn値の大幅な劣化が起こることがわかった。他方、Nb$$_{3}$$Al導体では、常伝導転移は高磁場側から起こり、そこでは、横荷重は小さいため、素線の劣化が小さく、結果として、導体のIc, n値の劣化が無いことが模擬できた。以上より、新たに開発したモデルの妥当性が検証できた。

論文

Numerical simulation of the critical current and n-value in Nb$$_{3}$$Sn strand subjected to bending strain

広橋 雅元*; 村上 陽之*; 石山 敦士*; 植田 浩史*; 小泉 徳潔; 奥野 清

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 16(2), p.1721 - 1724, 2006/06

 被引用回数:9 パーセンタイル:50.94(Engineering, Electrical & Electronic)

Nb$$_{3}$$Sn CIC導体のITERへの適用性を実証するために試験したモデル・コイルで、臨界電流値とn値の劣化が観測された。この原因として、導体内の素線の局所的で連続的な曲げが考えられている。そこで、臨界電流値、及びn値に対するこのような連続曲げの影響を、より一般的に評価するために、新たなモデルを構築し、解析コードを開発した。本モデルでは、フィラメントのツイスト効果や、隣接するフィラメントだけでなく他の離れたフィラメントとの電気的接触も考慮した。解析手法として、分布定数回路方程式を差分法により離散化し、ニュートン・ラプソン法で非線形方程式を解いて、フィラメント間の転流を計算した。解析結果は、これまでの実験結果を比較的よく模擬したが、より精度の高い解析のためには、フィラメント間の抵抗のモデル化を改良する必要があることがわかった。

論文

Design of "NeutrOn Beam-line for Observation & Research Use (NOBORU)" for JSNS of J-PARC

前川 藤夫; 及川 健一; 田村 昌也; 原田 正英; 池田 裕二郎; 渡辺 昇

LA-UR-06-3904, Vol.1, p.129 - 138, 2006/06

J-PARC計画のJSNSでは、合計23本の中性子ビームラインが設置される。そのうちの1本は、物質・生命科学実験施設(MLF)に割り当てられ、MLFではJSNSの中性子性能を実証し、観測するための中性子ビームライン(NOBORU)を建設する。NOBORUの大部分、つまりビームダクト,遮蔽体,ビームストップ,スリット,測定キャビン,ジブクレーン,試料台等は2004年3月に既に発注済みで、2007年中に設置が完了する。T0チョッパー,フレームオーバーラップチョッパー,検出器システム,試料等は、今後の発注となる。試料位置は非結合型減速材から14mの位置である。試料室の概寸は、広さ3$$times$$2.5m,高さ3mである。遮蔽構造は、詳細な3次元構造を考慮した遮蔽計算により決定した。会合では、このNOBORUの設計について発表する。

論文

Deterioration of pulse characteristics and burn-up effects with an engineering model in Japanese spallation neutron source

原田 正英; 渡辺 昇; 勅使河原 誠; 甲斐 哲也; 前川 藤夫; 加藤 崇; 池田 裕二郎

LA-UR-06-3904, Vol.2, p.700 - 709, 2006/06

JSNSにおいて、全ての中性子ビームラインに対するパルス特性データは、装置設計において不可欠である。詳細な計算モデルを構築し、PHITSコード及びMCNP-4Cコードを使用して評価を行った。これらの結果は、2004年9月よりJ-PARCのホームページ上で、公開している。製作設計を行っている中で、モデレータ形状の変更により、パルス特性(特にパルステールで)が低下していた。計算から、デカップラーと反射体容器設置する中性子吸収ライナーとの隙間からの漏洩中性子が原因であることがわかった。現在、製作設計の最終段階で、パルス特性を低下させるほかの要因を注意深く見つけ、製作設計にできるだけ反映させようとしている。さらに、デカップラー,ライナー及びポイズンの不均一な燃焼を考慮したパルス特性評価,各中性子ビームホールでのGeVまでの高エネルギー中性子エネルギースペクトルの導出も行った。

論文

Numerical analysis for the emergency discharge of the hydrogen loop of JSNS

長谷川 勝一; 加藤 崇; 麻生 智一; 牛島 勇*; 達本 衡輝; 大都 起一*; 池田 裕二郎

LA-UR-06-3904, Vol.2, p.402 - 407, 2006/06

JSNSではモデレーターとして超臨界圧水素を採用しており、現在このための水素循環システム並びに輸送配管の設計を行っている。想定外事象が発生した場合には安全性の観点より速やかに水素を外部放出する必要がある。このため緊急時には水素輸送配管の真空断熱層内にヘリウムガスを注入,入熱を行い放出時間の短縮を行う方法を検討している。この際の放出水素の圧力変動と放出速度の数値解析を行った。水素放出中、水素放出配管内の圧力上昇は設計圧力である0.1MPa以下である必要がある。この条件を満たすためには真空層内に注入するヘリウムの圧力を0.04MPaに保つ必要がある。このときの水素放出速度は放出開始150秒後に最大で0.047Kg/sに達する。5分後には系内水素の90%の放出が完了する。この評価によって安全な水素の緊急放出方法の確立が行われた。

論文

Estimation of JSNS moderator flowing condition based on impinging jet heat transfer

麻生 智一; 門出 政則*; 佐藤 博; 達本 衡輝; 加藤 崇; 池田 裕二郎

LA-UR-06-3904, Vol.2, p.385 - 394, 2006/06

J-PARCのMW級核破砕中性子源(JSNS)では、水素をモデレータ材料として用いる。水素モデレータは過酷な中性子場による核発熱条件下にあり、モデレータ容器の効率的な冷却が要求される。水素密度が大きく変化しないように衝突噴流による容器冷却を提案したが、モデレータ容器内の狭い空間内における衝突噴流部の熱伝達特性が不明だったため、水による実規模モデルのモデレータ容器を用いた熱伝達実験を実施した。2次元定常熱伝導の逆問題解を円筒座標系に適用し、熱伝達率を求める手法を確立して容器内熱伝達特性を把握するとともに、中性子性能や液体水素の強制循環に影響を及ぼさないような運転条件を評価した。

論文

Development of a dc 1MV power supply technology for NB injectors

渡邊 和弘; 柏木 美恵子; 川島 秀一*; 小野 要一*; 山下 泰郎*; 山崎 長治*; 花田 磨砂也; 井上 多加志; 谷口 正樹; 奥村 義和; et al.

Nuclear Fusion, 46(6), p.S332 - S339, 2006/06

 被引用回数:22 パーセンタイル:36.31(Physics, Fluids & Plasmas)

1MeV級の中性粒子入射装置用電源における重要な技術は、超高電圧の高速制御,直流1MVの電送,イオン源で放電破壊の際のサージの抑制である。超高電圧の制御については、これまでのパワー半導体の進歩を反映させ、従来のGTOインバータをIEGT素子に変えたインバータについて検討した。その結果、インバータでの損失を従来の1/3に低減でき、大きさとしてもGTO方式の6割に小型化できることを示した。さらに、1MV電送については、重要な要素である超高圧のブッシングについての試作試験で十分な耐電圧を確認した。また、サージの抑制については、高磁束密度で周波応答の良いファインメットコアを用いることで、サージの吸収が可能である。これらの技術のこれまでの進展について述べる。

論文

Evaluation of the 3-Gev proton beam profile at the spallation target of the JSNS

明午 伸一郎; 野田 文章*; 石倉 修一*; 二川 正敏; 坂元 眞一; 池田 裕二郎

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 562(2), p.569 - 572, 2006/06

 被引用回数:13 パーセンタイル:29.61(Instruments & Instrumentation)

JSNSでは3GeV陽子ビームが早い繰り返しのシンクロトロン(RCS)から水銀の核破砕中性子ターゲットに輸送される。水銀ターゲット容器におけるピッティングによる損傷を減らすためには、陽子ビームの電流密度のピークを下げることが最も効果的である。本研究では、第一ステップとしてターゲットでのビームプロファイルを評価した。ビームプロファイルはRCS出口の位相空間で決定される。位相空間における分布は、空間電荷効果を考慮したSIMPSONSコードにより計算した。実空間における、プロファイル分布はベータトロン振幅の行列変換により導出した。RCSにビームを入射する場合において、コリレーテッドペインティングよりもアンタイコリレーテッドを用いることによりピーク電流密度が減ることがわかった。

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