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論文

Experimental investigation of natural convection and gas mixing behaviors driven by outer surface cooling with and without density stratification consisting of an air-helium gas mixture in a large-scale enclosed vessel

安部 諭; Hamdani, A.; 石垣 将宏*; 柴本 泰照

Annals of Nuclear Energy, 166, p.108791_1 - 108791_18, 2022/02

This paper describes an experimental investigation of natural convection driven by outer surface cooling in the presence of density stratification consisting of an air-helium gas mixture (as mimic gas of hydrogen) in an enclosed vessel. The unique cooling system of the Containment InteGral effects Measurement Apparatus (whose test vessel is a cylinder with 2.5-m diameter and 11-m height) is used, and findings reveal that the cooling location relative to the stratification plays an important role in determining the interaction behavior of the heat and mass transfer in the enclosed vessel. When the cooling region is narrower than the stratification thickness, the density-stratified region expands to the lower part while decreasing in concentration (stratification dissolution). When the cooling region is wider than the stratification thickness, the stratification is gradually eroded from the bottom with decreasing layer thickness (stratification breakup). This knowledge is useful for understanding the interaction behavior of heat and mass transfer during severe accidents in nuclear power plants.

論文

Study on chemisorption model of cesium hydroxide onto stainless steel type 304

中島 邦久; 西岡 俊一郎*; 鈴木 恵理子; 逢坂 正彦

Mechanical Engineering Journal (Internet), 7(3), p.19-00564_1 - 19-00564_14, 2020/06

軽水炉シビアアクシデント時、ステンレス鋼(SS304)に化学吸着したセシウム量を推定するために、セシウム化学吸着モデルが構築されている。しかし、既存の化学吸着モデルは、実験結果をうまく再現することができていない。そのため、本研究では、化学反応を伴う気液系の物質移動理論(浸透説)や気相固相界面における水酸化セシウム(CsOH)の分解反応に対する質量作用の法則を組合せることで、SS304中のケイ素濃度や気相中の水酸化セシウム濃度の影響を考慮したモデルを構築した。その結果、既存モデルを用いた場合よりも、本研究で得られた修正モデルの方が、実験データをより正確に再現できることが分かった。

論文

Mass transfer inside narrow crevice of SUS316L in high temperature water

山本 正弘; 相馬 康孝; 五十嵐 誉廣; 上野 文義

Proceedings of Annual Congress of the European Federation of corrosion (EUROCORR 2018) (USB Flash Drive), 7 Pages, 2018/09

SUS316L材のBWR環境中でのSCC挙動解明のために、種々のすきま幅を持った資料の高温水中での物質移動係数を評価した。試料は5$$mu$$mから100$$mu$$mのすきま幅を持つSUS316L材を用い、8ppmの溶存酸素条件で試験した。試験後表面は、レーザーラマン分析法で評価し、電気化学反応と英道拡散を練成させたコムソルマルチフジックスソフトによる計算機シミュレーションも併せて実施した。すきま内の導電率は外部の100倍以上高く、その理由はすきま内で酸素が枯渇した環境でのFe$$^{2+}$$の存在であることを明らかにした。

論文

Study of fission using multi-nucleon transfer reactions

西尾 勝久; 廣瀬 健太郎; L$'e$guillon, R.*; 牧井 宏之; Orlandi, R.; 塚田 和明; Smallcombe, J.*; 千葉 敏*; 有友 嘉浩*; 田中 翔也*; et al.

Proceedings of 6th International Conference on Fission and Properties of Neutron-rich Nuclei (ICFN-6), p.590 - 597, 2017/11

We are promoting a fission study using multi-nucleon transfer reactions, where excited states in neutron-rich actinide nuclei, which cannot be accessed by particle capture and/or fusion reactions, are populated. This allows us to study fission in the new region of chart of nuclei. Also, the excited states in the fissioning nucleus are widely populated in the reactions, thus the effects of excitation energy on fission can be investigated. Experiments were carried out at the JAEA tandem facility in Tokai, Japan. We studied reactions using the $$^{18}$$O beam ($$sim$$9MeV/u) and several actinide target nuclei such as $$^{232}$$Th, $$^{238}$$U, $$^{237}$$Np, $$^{248}$$Cm. Ejectile nuclei and thus the transfer channels were identified by a newly developed silicon $$Delta$$E-E detectors. The produced nuclei in one experiment reached more than fifteen. Fission fragment mass distributions (FFMDs) were measured for each isotopes. Measured FFMDs are reproduced by a calculation based on the fluctuation-dissipation model (Langevin-type calculation), where effects of multi-chance fission were included. We also started to measure the prompt neutrons accompanied by fission.

論文

Fission fragments mass distributions of nuclei populated by the multinucleon transfer channels of the $$^{18}$$O + $$^{232}$$Th reaction

L$'e$guillon, R.; 西尾 勝久; 廣瀬 健太郎; 牧井 宏之; 西中 一朗*; Orlandi, R.; 塚田 和明; Smallcombe, J.*; 千葉 敏*; 有友 嘉浩*; et al.

Physics Letters B, 761, p.125 - 130, 2016/10

 被引用回数:31 パーセンタイル:92.7(Astronomy & Astrophysics)

It is shown that the multinucleon transfer reactions is a powerful tool to study fission of exotic neutron-rich actinide nuclei, which cannot be accessed by particle-capture or heavy-ion fusion reactions. In this work, multinucleon transfer channels of the $$^{18}$$O + $$^{232}$$Th reaction are used to study fission of fourteen nuclei $$^{231,232,233,234}$$Th, $$^{232,233,234,235,236}$$Pa, and $$^{234,235,236,237,238}$$U. Identification of fissioning nuclei and of their excitation energy is performed on an event-by-event basis, through the measurement of outgoing ejectile particle in coincidence with fission fragments. Fission fragment mass distributions are measured for each transfer channel, in selected bins of excitation energy. In particular, the mass distributions of $$^{231,234}$$Th and $$^{234,235,236}$$Pa are measured for the first time. Predominantly asymmetric fission is observed at low excitation energies for all studied cases, with a gradual increase of the symmetric mode towards higher excitation energy. The experimental distributions are found to be in general agreement with predictions of the fluctuation-dissipation model.

報告書

高温ガス炉の黒鉛酸化挙動評価に関するTHYTANコードの検証

島崎 洋祐; 井坂 和義; 野本 恭信; 関 朝和; 大橋 弘史

JAEA-Technology 2014-038, 51 Pages, 2014/12

JAEA-Technology-2014-038.pdf:3.84MB

日本原子力研究開発機構では、高温ガス炉の空気侵入事故時及び水侵入事故時における炉内黒鉛構造物の酸化挙動評価のために、高温ガス炉水素製造システムのトリチウム挙動評価用に開発された非定常物質収支解析コードTHYTANに解析モデルを追加し、炉内黒鉛構造物の酸化量分布を計算できるようにした。本報は、黒鉛酸化挙動評価に関するTHYTANコードの解析モデル及び検証解析の結果をまとめたものである。黒鉛酸化挙動評価のために、黒鉛構造物内及び冷却材流路内の物質収支として、物質伝達による流体から黒鉛表面境界層への物質移動、黒鉛内への拡散、黒鉛酸化反応、流路内での化学反応、安全弁による物質移動をモデル化した。検証解析として、黒鉛酸化挙動評価のために追加した解析モデルごとに解析解等を用いた手計算による計算値との比較検討を行うと共に、黒鉛酸化実験における実験結果及び高温工学試験研究炉の安全解析に使用されたGRACEコードによる実験解析結果との比較検討を行った。この結果、検証解析結果は、手計算による計算値、実験結果及びGRACEコードの解析結果とよく一致し、THYTANコードの計算機能及び解析モデルの妥当性が確認された。

報告書

高速中性原子・分子ビーム装置の製作とそのビーム特性評価

鉢上 隼介; 寺岡 有殿

JAERI-Tech 2004-066, 69 Pages, 2004/11

JAERI-Tech-2004-066.pdf:7.44MB

広い範囲の速度を持ち、化学的に活性な原子や分子のイオン及び中性粒子ビームを利用することによって、さまざまな材料表面での化学反応の研究を進展させることを目的として、高速中性原子・分子ビーム装置を製作した。本報告書では装置の詳細と、実際に発生させた酸素原子・分子のイオンビーム及び中性粒子ビームの特性について解説する。本装置はプラズマイオン源,静電レンズ系,質量選別器,電荷交換室から構成された超高真空装置である。加速エネルギーが8keVのとき全酸素イオン電流値は52マイクロアンペア、20eVのときでも17マイクロアンペアが得られている。また、質量分離も良好で、20eVのとき酸素分子イオンビームの電流値は11マイクロアンペア、酸素原子イオンビームでは5.5マイクロアンペアが得られた。イオンビームと酸素ガスとの電荷交換反応によって1平方センチメートルあたり毎秒10の12乗個程度のフラックス密度の中性原子・分子ビームが得られることがわかった。

論文

Research and development on lead-bismuth technology for accelerator-driven transmutation system at JAERI

倉田 有司; 菊地 賢司; 斎藤 滋; 鎌田 勤也*; 北野 照明*; 大井川 宏之

Proceedings of 4th International Workshop on the Utilisation and Reliability of High Power Proton Accelerators, p.267 - 277, 2004/05

加速器駆動システムのための鉛ビスマス技術に関する研究開発が行われてきた。酸素制御なしで3000h、JLBL-1を用いた316SSの結果より、高温部から低温部への質量移行が観察された。電磁ポンプの円管流路に沈着した鉛ビスマスとFe-Cr結晶粒が流路閉塞と流量の低下を引き起こしたことがわかった。ループシステムの改良はループの運転によい結果をもたらした。MES(三井造船)ループを用いた10$$^{-5}$$wt.%酸素濃度の1000h試験では、著しい腐食/エロージョンは観察されなかった。静的腐食試験の結果は、450$$^{circ}$$Cでは鋼材中Cr量の増加とともに腐食深さは減少するが、550$$^{circ}$$Cでは316SS, JPCAの腐食深さはNi, Crの溶出,Pb, Biの浸入により著しい増加を示す。Si添加鋼は550$$^{circ}$$Cで優れた耐食性を示す。

論文

Dosimetry systems for 5-20MeV/amu heavy charged particle beams

小嶋 拓治; 須永 博美; 滝沢 春喜; 橘 宏行

IAEA-TECDOC-1070, p.197 - 202, 1999/03

TIARA AVFサイクロトロンからの5~20MeV/amuイオンビームを対象とした吸収線量測定を目的として、ファラデーカップ、全吸収型熱量計及びフィルム線量計といった測定システムの開発を行った。リアルタイムのビームモニタに用いるファラデーカップによる粒子フルエンス測定における不確かさを、粒子エネルギー公称値をもとに算出した評価値$$Phi$$$$_{e}$$と実測値$$Phi$$$$_{m}$$を比較することにより評価し、数10pA/cm$$^{2}$$(電荷測定値にして数nc/cm$$^{2}$$)レベルの低フルエンスであっても、平均の$$Phi$$$$_{m}$$/$$Phi$$$$_{e}$$は1.02であることを明らかにした。このフルエンス測定に基づき、アラニンフィルム及びラジオクロミック(FWT-60)測量計のイオンビームに対する線量応答特性を調べた。低LET放射線の場合に比べ、これらの線量計の相対線量応答は線量計素子中の変化を考慮して求めた平均質量衝突阻止能が約100MeV/g/cm$$^{2}$$以上から減少する傾向を示した。

論文

A Steady-state simulation model of gas separation system by hollow-filament type membrane module

岩井 保則; 山西 敏彦; 西 正孝

Journal of Nuclear Science and Technology, 36(1), p.95 - 104, 1999/01

 被引用回数:11 パーセンタイル:65.07(Nuclear Science & Technology)

中空糸膜を用いた排ガス中の水素ガス回収システムの定常シミュレーションモデルを提案した。このモデルでは膜の非多孔質部分の拡散、支持構造体中の拡散及び膜表面におけるガス境膜内の拡散を考慮した。システムのガス流れとしては、十字流、混合流、向流、並流の4つの流れを想定した。膜透過の物質移動においては膜の非多孔質超薄膜層が律速段階となっており、全体の物質移動の約99%を支配していることが明らかとなった。当研究室においておこなわれた窒素-水素系あるいは空気-水素系の実験結果は流量10m$$^{3}$$/h、供給圧2580Torr、透過圧80Torrの実験条件において、十字流モデルの結果と一致することが明らかとなった。又水蒸気が混在する空気中からの水素回収において水素回収率は計算結果とよく一致するが水蒸気の回収率は計算値が若干低くなった。この原因は水蒸気の透過係数の不確定性が考えられる。

報告書

蒸気圧縮型蒸発処理装置の建設と運転結果

西沢 市王; 坂本 勉*; 勝山 和夫; 進士 義正; 三戸 規生; 松元 章

JAERI-M 9910, 37 Pages, 1982/01

JAERI-M-9910.pdf:1.57MB

3m$$^{3}$$/hrの処理能力をもつ蒸気圧縮型蒸発処理装置を1978年3月に設置した。設置後、コ各種の試験を実施し装置の特性、最適運転条件を調べた。続いて実廃液の処理を実施し、さらにメンテナンスについても経験を積んできた。これらの経験から、(1)定格処理量は、設計条件である3m$$^{3}$$/hrが満足できた。また処理量を50%まで安全に制御して運転できた。さらに除染係数は10$$^{3}$$以上が得られた。(2)運転維持費に関係する蒸発比は、単効用蒸発処理装置と比較して14倍になった。したがって加熱源は1/14ですむ。(3)伝熱面に付着したスケールは、化学除染法でほぼ完全に除去できた。(4)主要機器の性能低下は、実廃液を約3,000m$$^{3}$$処理した時点においても見られない。 このことから、放射性廃液の処理に、蒸気圧縮式蒸発処理法も有力な処理手段であることが実証された。

報告書

高温ガス炉の核分裂生成物沈着量計算コード: PLATO

鈴木 勝男; 森本 俊雄*

JAERI-M 9264, 28 Pages, 1981/01

JAERI-M-9264.pdf:0.83MB

本報告書は、高温ガス炉の1次冷却系機器に沈着する核分裂生成物量を計算するコードPLATOのモデルおよび数値計算について述べている。この計算コードは熱伝達類似の物質移動表式に吸・脱着機構の記述を組込んだモデルを用い、開放の単一管に限らず、原子炉冷却系のような種々の配管、機器の連った一巡ループをも扱いうることを特徴としており、核分裂生成物の冷却材中濃度の系内の分布、流路壁面上沈着量の系内の分布および冷却材中より壁面上に除去される率などを算出する。なお、沈着実験の解析によって本コードのモデルの妥当性を示すとともに、回路構成のちがい、流入量の大きさ、純化処理の有無などの沈着量に及ぼす影響についての検討結果、多目的高温ガス実験炉での沈着量の計算結果も示している。

論文

蓄熱用溶融塩と腐食

古川 和男; 沼田 博雄*

防食技術, 29(4), p.185 - 195, 1980/00

蓄熱材として溶融塩は、(1)容積当りの熱容量が大きいこと,(2)化学的に安定であること,(3)低蒸気圧であることなどから、太陽熱利用などに注目されてきている。溶融塩組成としては無限の選択があるといえるが、物性値に関する予測は比較的容易であり、選択に困難はないといえる。最も理解されていないのは、容器材料との共存性である。その原理的な面はかならずしも不明確ではないが、過去の特殊な経験事実に頼りすぎて誤解されている面があり、それを整理し必要な精製操作を明かにしつつ次の諸溶融塩の腐食特性を解説した。(1)フッ化物,(2)塩化物,(3)水酸化物,(4)硝酸塩・亜硝酸塩,(5)炭酸塩。また、腐食モニターに関する新しい研究成果をも紹介した。この開発および質量移行現象の解明などが、特に重点的に研究すべき項目であることも指摘した。

論文

Effect of flow rate on fission-product deposition from high-temperature gas streams

北原 種道; 横尾 宏; 海江田 圭右; 豊島 昇; 福島 征夫; 熊谷 勝昭; 山田 忠則; 小菅 征夫

Journal of Nuclear Science and Technology, 13(3), p.111 - 118, 1976/03

 被引用回数:7

固体状FPの沈着挙動に関する実験的研究を、インパイルヘリウムループを用いて、ガス温度500$$^{circ}$$C、レイノルズ数1,300~13,000の流動ガスを対象に行った。ステンレス鋼管を流動ガスに曝し、沈着したFPの流れ方向の分布を$$gamma$$線スペクトル測定法により求めた。沈着分布の形を基に沈着核種を3つのグループに分類できる。$$^{9}$$5Zr-Np,$$^{9}$$7Zr,$$^{9}$$9Mo,$$^{1}$$03Ru,$$^{1}$$32Teを第1グループ、$$^{9}$$$$^{1}$$Sr,$$^{1}$$$$^{4}$$$$^{0}$$Ba-La,$$^{1}$$$$^{4}$$$$^{1}$$Ceを第2グループ、$$^{1}$$$$^{3}$$$$^{1}$$I,$$^{1}$$$$^{3}$$$$^{3}$$Iを第3グループとした。$$^{1}$$$$^{3}$$$$^{7}$$Csは第2および第3グループの特徴を示した。指数関数的分布を示す第1グループ核種に対して沈着係数を得た。沈着係数に及ぼす流量(レイノルズ数)の影響を検討した結果、レイノルズ数13,000以下の流れに対して、金属FPの沈着速度は境界層における物質移行によって決定され、表面での吸着にはほとんど影響されないことが分かった。

論文

Ion-molecule reactions in ethylene oxide

熊倉 稔; 伊藤 彰彦; 杉浦 俊男

質量分析, 22(1), p.61 - 70, 1974/01

エチレンオキシドのイオン-分子反応につき、飛行時間形質量分析計を改良し、イオントラップ法で研究した。改良したイオン源の構造につき説明し、メタンのイオン-分子反応につきこのイオン源によるイオン-トラップ法が十分イオン-分子反応の研究に使用しうることを確かめた。エチレンオキシドのイオン-分子反応で生成するプロトン化分子イオン(C$$_{2}$$H$$_{5}$$O$$^{+}$$)およびC$$_{2}$$H$$_{3}$$O$$^{+}$$の先駆体をRPD法で決定し、プロトン化分子イオンについてはC$$_{2}$$H$$_{4}$$O$$^{+}$$およびCHO$$^{+}$$であることを確認し反応速度定数をそれぞれ1.45$$times$$10$$^{-}$$$$^{1}$$$$^{0}$$および2.05$$times$$10$$^{-}$$$$^{9}$$cm$$^{3}$$/molecule sec.と求めた。またC$$_{2}$$H$$_{3}$$O$$^{+}$$イオンの先駆体はCH$$_{3}$$$$^{+}$$イオンであることをたしかめその反応速度定数を2.10$$times$$10$$^{-}$$$$^{1}$$$$^{0}$$cm$$^{3}$$/molecule sec.と求めた。さらにC$$_{2}$$D$$_{4}$$を含む若干の炭化水素とエチレンオキシドニ成分子における電荷移動およびプロトン移動反応についても報告した。

口頭

Fission fragment mass distributions of Np, Pu and Am isotopes utilizing multi-nucleon transfer reactions

Vermeulen, M. J.; 西尾 勝久; 牧井 宏之; 廣瀬 健太郎; Orlandi, R.; 塚田 和明; 千葉 敏*; Andreyev, A.*

no journal, , 

FFMD are interpreted in terms of symmetric and asymmetric modes. The current work looks at the excitation energy dependence of the FFMD of various actinide nuclei, with the aim to provide more information regarding the distribution of waste products following the transmutation of actinide waste in accelerator driven systems (ADS)The JAEA-Tokai Tandem accelerator facility was utilized for the current work, supplying an 18O beam with an energy of 162 MeV. This beam impinged on a target of $$^{237}$$Np, leading to many excited compound nuclei (CN; $$^{237,238,239}$$Np, $$^{238,239,240}$$Pu, $$^{241,242,243}$$Am), via MNT reactions, which then undergo fission. CN and their excitation energies were identified by detecting ejectiles with a silicon $$Delta$$E-E telescope. Fission fragments were detected in coincidence with two multi-wire proportional counters (MWPCs), and FFs masses were determined by a kinematic consideration. Preliminary results show the transition from asymmetric fission to asymmetric fission as CN excitation energy increases. All the measured nuclei investigated in this experiment showed similar behavior as will be shown at the meeting.

口頭

Fission properties of neutron-rich actinide nuclei using multi-nucleon transfer reactions

西尾 勝久

no journal, , 

We are promoting a fission study using multi-nucleon transfer reactions, where excited states in neutron-rich actinide nuclei, which cannot be accessed by particle capture and/or fusion reactions, are populated. This allows us to study fission in the new region of chart of nuclei. Also, the excited states in the fissioning nucleus are widely populated in the reactions, thus the excitation-energy dependence of fission can be investigated. In this invited talk, recent results on fission properties for various nuclei obtained in the reactions of $$^{18}$$O + $$^{238}$$U, $$^{232}$$Th, $$^{248}$$Cm will be presented.

口頭

Study on mass transfer kinetics in solvent extraction systems for minor actinides recovery

佐野 雄一; 川野邊 一則*; 坂本 淳志; 小藤 博英; 竹内 正行; 鈴木 英哉; 松村 達郎

no journal, , 

日本原子力研究開発機構(JAEA)は、高レベル液体廃棄物(HLLW)などの高酸性溶液からの3価マイナーアクチニド(MA(III))回収に有効な新しい抽出剤を開発している。これらの新しい抽出剤を使用して効率的なMA(III)回収プロセスを設計するためには、溶媒抽出システムにおけるそれらの平衡及び速度論的データを得ることが重要である。本研究では、HNO$$_{3}$$溶液とテトラドデシルジグリコールアミド(TDdDGA)またはヘキサオクチルニトリロ三酢酸アミド(HONTA)/ n-ドデカンとの間の三価ランタニド(Ln(III)、MA(III)の代替物)の物質移動挙動を単一液滴法及びNitschセルによって評価した。HNO$$_{3}$$ / TDdDGA系におけるLn(III)逆抽出の物質移動係数は、抽出工程における同値よりも小さいが、TDdDGA / n-ドデカン溶媒への2-エチル-1-ヘキサノールの添加によって改善された。HNO$$_{3}$$溶液とHONTA / n-ドデカン溶媒との間のLn(III)の物質移動は、HNO$$_{3}$$溶液とTDdDGA / n-ドデカン溶媒との間の移動よりもかなり遅かった。これらの評価で得られた物質移動係数に基づいて、ミキサセトラ及び遠心抽出器を用いたMA(III)回収のためのプロセス条件を議論した。

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