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論文

Evaluation of heat removal during the failure of the core cooling for new critical assembly

江口 悠太; 菅原 隆徳; 西原 健司; 田澤 勇次郎; 辻本 和文

Proceedings of 26th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-26) (Internet), 8 Pages, 2018/07

加速器駆動核変換システム(ADS)の基礎核特性研究のため、J-PARC計画において核変換物理実験施設(TEF-P)の建設が検討されている。本研究では、崩壊熱の大きなマイナーアクチノイド(MA)燃料を多く使用するTEF-Pにおいて、炉心冷却システムが停止した場合の自然冷却特性の評価、及びその際に炉心が損傷しない設計条件検討を行った。TEF-Pの炉心温度評価においては、炉心周辺部の空格子管領域が断熱層として大きく影響を及ぼすことから、空格子管領域の熱伝達特性を測定するモックアップ試験装置を製作して実験を行い、実験的な熱伝達率を得た。この結果を元に、TEF-P炉心の三次元伝熱解析を実施し、制限温度である327$$^{circ}$$Cを下回る294$$^{circ}$$Cという結果を得た。

論文

On-line subcriticality measurement using a pulsed spallation neutron source

岩元 大樹; 西原 健司; 八木 貴宏*; Pyeon, C.-H.*

Journal of Nuclear Science and Technology, 54(4), p.432 - 443, 2017/04

 被引用回数:4 パーセンタイル:27.27(Nuclear Science & Technology)

To investigate the applicability of the pulsed neutron source (PNS) method using a pulsed spallation neutron source (PSNS) for an on-line subcriticality monitoring system for an accelerator-driven system (ADS), a subcriticality experiment is conducted using Kyoto University Criticality Assembly (KUCA) in combination with the fixed-field alternating gradient (FFAG) accelerator. Reactivity values obtained from different traditional techniques, the area-ratio method and the $$alpha$$-fitting method, are discussed with respect to the applicability to on-line subcriticality monitoring. The result shows that the area-ratio method robustly and accurately monitors subcriticality in shallow subcritical states of negative reactivity of up to a few dollars; however with this method, it faces problems with temporal fluctuations, spatial dispersion, and sensitivity to the proton-beam current with increasing depth of subcriticality. As a complement to this method, it is shown that the $$alpha$$-fitting method alleviates such problems in deep subcritical state. Moreover, a proposed fitting technique using the maximum-likelihood estimation method based on the Poisson distribution is robust enough to be applicable for measuring negative reactivity of up to roughly nine dollars.

論文

R&D activities on accelerator-driven transmutation system in JAERI

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

EUR-21227 (CD-ROM), p.483 - 493, 2005/00

原研では加速器駆動未臨界システム(ADS)を用いた核変換専用システムの研究開発を進めており、これまでに熱出力800MWの未臨界炉を提案してきた。ADSの成立性を検証することを目的に、原研ではシステムの概念設計を含めた多くの研究開発活動が進行中であるか計画中である。陽子加速器の分野では、超伝導LINACが開発されている。鉛ビスマス共晶合金(LBE)を用いた核破砕ターゲットに関しては、材料腐食,熱流動,ポロニウム挙動,材料照射損傷に関する研究が進捗中である。さらに、原研では、J-PARCプロジェクトの一環として、陽子ビームと核燃料を用いてADSの成立性を検証すること及びLBEを用いた核破砕ターゲットと関連する材料に関する技術を確立することを目的とした核変換実験施設の建設を計画している。

論文

Research activities for accelerator-driven transmutation system at JAERI

佐々 敏信

Progress in Nuclear Energy, 47(1-4), p.314 - 326, 2005/00

 被引用回数:11 パーセンタイル:33.74(Nuclear Science & Technology)

原研では、OMEGA計画の下で長寿命核種の核変換を行う加速器駆動システム(ADS)の研究開発を行っている。ADSに関する基礎特性を取得するため、原研-KEK共同のJ-PARC計画の枠組みの中で核変換実験施設の建設を予定している。また、ADSプラントの研究開発を(1)超伝導陽子LINAC,(2)鉛・ビスマスターゲット/冷却材技術、及び(3)未臨界炉心技術の3つの分野に分けて3年計画で進めている。このなかでは、クライオモジュール試作,鉛・ビスマスループによる熱流動試験,出力800MWの未臨界炉心設計を実施しているところである。本研究の一部は、革新的原子力システム公募事業の一環として文部科学省からの受託事業として実施している。

論文

Research and development on accelerator-driven transmutation system at JAERI

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

Nuclear Engineering and Design, 230(1-3), p.209 - 222, 2004/05

 被引用回数:29 パーセンタイル:10.53(Nuclear Science & Technology)

原研では、マイナーアクチニドと長寿命核分裂生成物を核変換する加速器駆動システムの研究開発を進めている。システムは大強度陽子加速器,鉛・ビスマス核破砕ターゲット及び窒化物燃料を装荷した鉛・ビスマス冷却未臨界炉心から構成される。約2,500kgのマイナーアクチニドが未臨界炉心に装荷される。このシステムを熱出力800MWで運転することにより、年間250kgが核変換される。未臨界炉心を駆動するため、ビーム出力30MWの超伝導線形加速器を接続する。未臨界炉心設計,核破砕ターゲット技術,鉛・ビスマス利用技術,加速器開発及びマイナーアクチニド燃料開発などの多くの分野で研究開発が行われている。中でも、加速器駆動システムの成立性に関する研究や評価を行うため、核変換実験施設(TEF)が大強度陽子加速器計画の下で提案されている。

報告書

未臨界炉の炉物理ワーキングパーティー活動報告書; 平成13年10月$$sim$$平成15年3月

炉物理研究委員会

JAERI-Review 2004-006, 164 Pages, 2004/03

JAERI-Review-2004-006.pdf:11.76MB

炉物理研究委員会の下に、加速器駆動未臨界炉システム(ADS)に代表される未臨界炉心の炉物理を研究することを目的として、平成13年7月に「未臨界炉の炉物理ワーキングパーティー」が設立された。本ワーキングパーティーでは、第一回の会合において、2年間の活動指針を討議し、(1)未臨界炉心に対する炉物理量の整理と新たな提案,(2)未臨界実験に対するベンチマーク問題の作成と計算,(3)ADSの未臨界度設定に影響を与える炉物理因子,(4)未臨界度監視方法の整理、の4点について研究を行うこととした。本ワーキングパーティーの活動期間は平成15年3月までのほぼ2年間であり、合計8回の会合を行った。この中には京大炉における「加速器駆動未臨界炉に関するワークショップ」と合同で行った4回の会合が含まれる。本資料は上記活動期間中における活動概要と研究成果を取りまとめたものである。

報告書

Proceedings of the International Symposium on Accelerator-driven Transmutation Systems and Asia ADS Network Initiative

大井川 宏之

JAERI-Conf 2003-012, 317 Pages, 2003/09

JAERI-Conf-2003-012.pdf:28.6MB

加速器駆動核変換システム(ADS)技術に関する研究開発の現状と将来計画について、各国の取組みを紹介し、国際協力ネットワークの構築を促進することを目的として、平成15年3月24, 25日に国際シンポジウム「加速器駆動核変換システムとアジアADSネットワークの構築」を開催した。米国,欧州,日本,韓国,中国におけるADSの研究開発状況や、加速器分野及び核物理分野での研究開発の取組みが紹介された。パネル討論では、ADSの技術課題の克服に不可欠な国際協力及び分野間相乗効果について討議が行われた。これらの議論を通して、国際協力ネットワーク構築の重要性に対する共通の理解が促進された。

論文

A New static and dynamic one-point equation and analytic and numerical calculations for a subcritical system

西原 健司; 岩崎 智彦*; 宇田川 豊*

Journal of Nuclear Science and Technology, 40(7), p.481 - 492, 2003/07

 被引用回数:13 パーセンタイル:30.16(Nuclear Science & Technology)

核分裂中性子数のバランスに基づいた新しい一点炉式を導出した。本式は従来のkeffを含む一点炉式と同じ形式を持っている。本式に現れる変数は核分裂中性子数と遅発中性子先行核数であり、係数は即発,遅発及び源中性子の増倍度である。これらの変数と係数はそれぞれ明確な物理的意味を有している。また、本式の解析的,決定論的及び確率論的な計算を、加速器駆動炉について行った。

論文

核変換研究開発の現状・展望,C; 加速器駆動核変換システム

大井川 宏之

原子核研究, 47(6), p.39 - 52, 2003/03

マイナーアクチニド(MA)及び長寿命核分裂生成物(LLFP)は、核燃料サイクルで生じる高レベル放射性廃棄物中にあって長期にわたって毒性を保ち続ける。これらの核種を短寿命又は安定な核種に変換することを目的に、加速器駆動核変換システム(ADS)が提案され、開発されている。本稿では、ADSに関する研究開発の現状,解決すべき技術課題,大強度陽子加速器プロジェクト(J-PARC)における実験計画及び世界各国における取り組みについて解説したものである。

論文

Research and development on accelerator-driven system for transmutation of long-lived nuclear waste at JAERI

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

Proceedings of 13th Pacific Basin Nuclear Conference (PBNC 2002) (CD-ROM), 8 Pages, 2002/10

原子力利用で発生する長寿命放射性廃棄物を処分する際の負荷軽減を目的に、原研では、マイナーアクチニドを効率よく核変換できる加速器駆動システム(ADS)の研究開発を進めている。ADSの設計として、熱出力800MWの鉛ビスマス冷却・マイナーアクチニド窒化物燃料未臨界炉心を、出力30MW程度の超伝導線形加速器と鉛ビスマス核破砕ターゲットによる中性子源で駆動するシステムを提案する。ADSの実用化を目指して、加速器,核破砕ターゲット,窒化物燃料の各分野で多くの研究開発を進めている。また、ADSの物理的・工学的側面からの成立性を研究するための新たな実験施設である核変換実験施設を大強度陽子加速器プロジェクトの一環として建設する計画である。

報告書

加速器駆動炉の炉物理ワーキングパーティー活動報告書; 平成11年7月~平成13年3月

炉物理研究委員会

JAERI-Review 2001-047, 180 Pages, 2002/02

JAERI-Review-2001-047.pdf:10.03MB

炉物理研究委員会の下に、加速器駆動型未臨界炉システム(ADS)の現状と課題を炉物理的な観点から検討することを目的として、平成11年7月に「加速器駆動炉の炉物理ワーキングパーティー(略称ADS-WP)」が設立された。本ワーキングパーティーでは、第1回ADS-WP会合において、2年間の活動指針を討議し、(1)「高エネルギー領域の中性子輸送計算の問題」,(2)「未臨界炉に特徴的な静特性と動特性(安全性)の問題」,(3)「概念設計、要素技術開発を含むシステム設計の問題」の3課題を重点的に取り上げていくことを決定した。ADS-WPの活動期間は平成11年7月より平成13年3月であり、この間に合計4回の会合を開催し、これらの課題について討議した。また、原研と高エネルギー加速器研究機構との共同による「大強度陽子加速器計画」における原研「核変換物理実験施設」計画への意見・要望の調査・取りまとめを行った。本資料は、上記活動期間中におけるADS-WPの活動成果を取りまとめたものである。本資料がADS-WPの成果を概観し、さらには今後の新たな研究活動の指針選定に役立つことを期待する。

論文

The Accelerator driven system strategy in Japan

倉田 有司; 滝塚 貴和; 大杉 俊隆; 高野 秀機

Journal of Nuclear Materials, 301(1), p.1 - 7, 2002/02

 被引用回数:9 パーセンタイル:43.06

日本におけるADS(加速器駆動核変換システム)の最近の戦略を述べた。階層型燃料サイクル概念は、長寿命放射性核種の分離と核変換のためのシステムとして、原研によって提案されている。ADSはこの階層型燃料サイクルのキーテクノロジーである。提案されたシステムは、鉛-ビスマス冷却,窒化物燃料を用いたマイナーアクチノイドと長寿命核分裂生成物を核変換するための800MWtのADSである。原研と高エネルギー加速器機構の統合計画のもとで、施設の概念設計が実施されている。高強度陽子加速器に加え、加速器駆動核変換技術の開発と実証のために、炉物理実験施設と工学実験施設が計画されている。炉物理実験施設ではハイブリッド未臨界システムの炉物理データを取得することを主な目的とし、工学実験施設では鉛-ビスマスターゲットシステムの設計のための材料データを蓄積することを主な目的としている。

論文

Conceptual design study of the transmutation experimental facilities

佐々 敏信; 大井川 宏之; 菊地 賢司; 池田 裕二郎

Proceedings of American Nuclear Society Conference "Nuclear Applications in the New Millennium" (AccApp-ADTTA '01) (CD-ROM), 7 Pages, 2002/00

原研では、オメガ計画の下でマイナーアクチノイドと長寿命核分裂生成物の核変換を行う加速器駆動システムの概念検討を進めている。加速器駆動システムの開発に関連した技術課題の解決のために、日本原子力研究所と高エネルギー加速器研究機構が共同で進めている大強度要旨加速器計画の中で、核変換実験施設の建設を計画している。施設は、核変換物理実験施設及び核変換工学実験施設の二つの研究施設から構成される。600MeV-0.3mAの陽子ビームが施設に供給されることになっている。この発表では、これらの実験施設の概念検討について発表を行う。

論文

The Current status of R&D for accelerator-driven system at JAERI

佐々 敏信; 大井川 宏之; 辻本 和文; 西原 健司; 梅野 誠*; 高野 秀機*

Proceedings of International Conference on Global Environment and Advanced Nuclear Power Plants (GENES4/ANP 2003) (CD-ROM), 8 Pages, 2000/09

日本原子力研究所が提案する加速器駆動核変換システムは超伝導陽子加速器,鉛・ビスマス核破砕ターゲット及び鉛ビスマス冷却未臨界炉心から構成される。20$$sim$$30MWの陽子ビームを投入することにより、熱出力800MWが得られ、年間250kgのマイナーアクチニドを核変換できる。ADSの技術成立性を物理的及び工学的観点から検証するため、J-PARC計画で核変換実験施設の建設を計画するとともに、文部科学省の受託研究として超伝導加速器,鉛・ビスマス取扱技術,未臨界炉心構造について、JNC,大学をはじめとする機関と連携して技術開発を進めている。本報告では、加速器駆動システムの技術開発の現状を、受託研究で得られた成果を中心に報告する。

論文

Physical features of target and blanket

西田 雄彦

IAEA-TECDOC-985, 0, p.32 - 43, 1997/11

原研では、オメガ計画に基づいて、固体燃料型及び液体燃料型の加速器駆動消滅処理システムの研究開発を進めている。この報告では、外国の研究開発の現状と比較するために、原研型システムについて物理的特徴を中心にまとめた。加速器の陽子ビームを入射し多くの核破砕中性子を発生して炉心部へ供給する「ターゲット領域」は、このハイブリットシステム特有のものである。固体燃料システムでは、非アクチナイドのタングステンターゲットが採用され、液体燃料システムでは、マイナアクチノイドの燃料溶融塩がターゲットを兼ねる構造となっている。また、マイナアクチノイドの主たる消滅領域は、ターゲットをとりまく高速未臨界炉心(ブランケット)である。この消滅処理性能を決める重要な因子である「中性子エネルギースペクトル」および「中性子束分布」について、各システムの体系毎に記述した。

論文

Measurement of the equivalent fundamental-mode source strength

G.D.Spriggs*; R.D.Busch*; 桜井 健; 岡嶋 成晃

Transactions of the American Nuclear Society, 76, p.374 - 375, 1997/06

外部/内部中性子源を有する未臨界増倍体系では、通常、中性子束の基本モード分布を仮定して増倍係数(keff)等を求める。一方、実際の体系では、中性子源に基づく中性子束分布は点状分布(外部中性子源の場合)や一様分布(内部中性子源の場合)となり、基本モード分布の仮定と異なる。そこで、外部/内部中性子源による中性子束分布が基本モード分布に相当する場合の中性子源強度(等価基本モード中性子源強度)へ換算する因子(g$$ast$$)を導入して、中性子束分布の相違による未臨界増倍体系での増倍係数(keff)等への影響を考慮した。実例として、日本原子力研究所(JAERI)の高速炉臨界集合体(FCA)のXIX-1炉心で等価基本モード中性子源強度を測定した。

論文

The evaluation of radiation damage to the target material due to the injection of medium-and high-energy protons

高橋 博*; X.Chen*; 高下 浩文*; 原田 秀郎*; 西田 雄彦; 滝塚 貴和; 佐々 敏信

Proc. of 2nd Int. Conf. on Accelerator-Driven Transmutation Technologies and Applications, 2, p.960 - 966, 1996/00

加速器駆動未臨界高速炉について、高エネルギー陽子照射によるビーム入射窓、ターゲット及びターゲット容器のdpa、水素発生量、ヘリウム発生量の計算を行った。定格出力600MWth、実行増倍係数(K$$_{eff}$$)~0.9の炉を1GeV、30mAの陽子ビームで駆動するとき、ビーム入射窓、ターゲット及びターゲット容器の寿命は1年程度と見積られた。照射損傷はほぼビーム電流に比例するので、K$$_{eff}$$~0.99とするとビーム電流は3mAとなり、寿命は10年程度になる。また、陽子エネルギーを1GeVから3GeVに増大すると、ビーム電流を1/3に減少でき、寿命は3倍になる。陽子エネルギーを増大させるために、加速器は大きくなり、ビーム取出し技術の研究開発が必要となる。

論文

Applicability of Averys coupled reactor theory to estimate subcriticality of test region in two region system

久語 輝彦

Journal of Nuclear Science and Technology, 29(6), p.513 - 520, 1992/06

TCAにおける2領域炉心のテスト領域の未臨界度を推定するための実験を解析し、Averyの結合炉理論に基づき測定可能なデータのみにより実現される推定方法の妥当性を検討した。Averyの定義が明確でないために、臨界でないときの結合係数を定義し直した。その結合係数を用いて、テスト領域の実効増倍率に関し2通りの評価を行った。一方は測定可能なデータのみを用いた簡易的な評価であり、他方は正確な評価である。評価結果を比較した結果測定可能なデータのみによる推定方法が妥当であるのは、テスト領域の未臨界度がかなり小さい場合のみであることがわかった。従って、この推定方法は一般の結合炉体系に対し適用できないと結論された。

報告書

高速炉体系における大きな負の反応度の測定,3; 中性子源引抜き法

中野 正文; 溝尾 宣辰; 向山 武彦; M.Cho*

JAERI-M 6496, 21 Pages, 1976/03

JAERI-M-6496.pdf:0.85MB

深い未臨界状態にある体系の反応度を可能な限り正確に求めることを目的にFCA VI-2 B2集合体において一連の実験を行った。反応度測定法として5つの方法を採用したが、本報告はそのうち中性子源引抜き法による測定について述べる。B$$_{4}$$C量の変化、その挿入位置の変化により-2ドルから-7ドルまでの未臨界体系を作り、体系の内外に置いた5系統の測定系により反応度を測定した。外部中性子源としてコッククロフト加速器からの14MeV中性子を用いた。反応度の観測値の検出器位置依存性は、B$$_{4}$$Cピン・クラスター位置との関係よりも中性子源位置との関係が大きいことが判明した。検出器位置の中性子検出効率を導入し、中性子源挿入時と引抜き後の検出効率の違いを補正すると体系内の観測値は互に一致するようになり、反応度の定義と厳密に一致する実験値を十分な精度で求めることが出来た。この実験値は中性子源増倍法による実験値と3%以内で一致した。

報告書

高速炉体系における大きな負の反応度の測定,2; 中性子源増倍法

向山 武彦; 中野 正文; 溝尾 宣辰; M.Cho*

JAERI-M 6067, 21 Pages, 1975/03

JAERI-M-6067.pdf:0.81MB

深い未臨界状態にある体系の反応度を可能な限り正確に求める事を目的に一連の実験を行った。採用した種々の反応度測定のうち、本稿では中性子源増倍法による測定について述べる。B$$_{4}$$C量の変化、その挿入位置の変化により、-2%$$Delta$$k/kから-7%$$Delta$$k/kの問に7つの未臨界体系をつくり、体系の内外に11系統設けた測定系の観測値の傾向を調べた。体系内の検出器による観測値のバラツキは大きいが、遠くでの観測値は一定の値に収束する事が判明した。検出器の位置を考慮した検出効率を導入してB$$_{4}$$C投入による中性子束の歪の効果を補正してやると体系内での観測値は互によく一致するようになり、反応度の定義と厳密に一致する実検値を十分な精度で求める事が出来た。計算値とは3%以内の差で一致した。

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