Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
佐藤 浩司; 西村 友宏; 井上 明; 紙谷 正仁; 米澤 重晃; 高田 岳; 岡村 信生
JNC TY9400 2002-019, 226 Pages, 2002/09
JNC-TY9400-2002-019.pdf:16.3MB
FBRサイクル実用化戦略調査研究フェーズII(2001年4月
2006年3月)では、 フェーズIで有望と評価された3種類の最処理法(先進湿式法、酸化物電解法、 金属電解法)を主として設計研究を進め、さらなる絞込みを行うこととしている。以下に、フェーズIIの初年度に実施した研究の主な内容と成果を示す。(1)先進湿式リファレンスシステムについて、設計の詳細化に向けて1)フェーズI施設設計をもとに動線と干渉の確認を行い、不具合点を摘出した。2)炉心燃料とブランケット燃料の混合処理モードを具体化した。3)再処理工程機器から発生する腐食性生物の燃料製品とガラス固化体発生本数に及ぼす影響評価を行い、特に問題のないことを確認した。 (2)先進湿式リファレンスシステムの代価システムについては、1)アミン抽出法については、UとTRUの一括回収(共抽出)は困難であることが分かった。 なお、MA回収法としてはSETFICS法に比べて物量を小さくできる見通しを得た。2)超臨界直接抽出法については、設計基準事象の候補の選定と安全対策の立案を行い、検討の範囲内では安全上大きな問題はないことの見通しを得た。 (3)乾式法については、酸化物電解法と金属電解法を対象に1)より合理的なシステムを構築するために、プロセス合理化方策を考案した。2)固体取扱を基本とするシステムであることを踏まえ、円滑な移送システム構築のためのマテリアルハンドリングシステムを検討した。3)電解槽などの主要機器の具体化/詳細化見当を行った。(4)その他の再処理法として、フッ化物揮発法、LINEX法、ハイブリット再処理法等について調査・検討を行った。(5)乾式再処理システム設計の支援技術として開発している、 1)物質収支評価コード、2)創業シミュレーションシステム 3)物流評価システム 4)臨界安全解析コード、5)経済性評価ツールの開発状況を述べた。
岡村 信生; 戸澤 克弘; 佐藤 浩司
JNC TN9400 2002-041, 57 Pages, 2002/07
JNC-TN9400-2002-041.pdf:4.76MB
乾式再処理法ではプラントの操業に際して、低除染プロセス、バッチ式処理という特性からマテリアルハンドリング装置への依存度が大きい。そこで、プラントの処理能力に対する評価や物流を中心とした操業性の検討を行うための物流評価システムを構築した。この評価システムは、工程機器やマテリアルハンドリング装置の処理能力と、マテリアルハンドリング時に大きな制約を課すセル内機器の相対的な位置関係情報を基に構築できるので、詳細な機器図面やセル内機器配置図面の作成に至っていない乾式再処理プラントに対しても十分な評価を行うことが可能である。 実用化戦略調査研究のフェーズIで設計した年間稼動日数200日、年間処理量50tHMの酸化物電解法乾式再処理プラントを対象に、本評価システムを用いてプラントの処理量と特性について評価した。その結果、マテリアルハンドリングがプラント処理能力を左右する支配因子となり、このプラントの実質的な処理量は、 設計値の88%程度であることが示された。また、処理量を改善するためには、工程機器の台数増加やボトルネックとなっている工程の優先的な処理等有効な手立てとはならず、マテリアルハンドリングに要する時間の短縮化が最も効果的であることが分った。
米澤 重晃; 津坂 康和; 吉氏 崇浩*
JNC TN9400 2002-040, 49 Pages, 2002/07
JNC-TN9400-2002-040.pdf:3.39MB
乾式再処理施設の運転では、バッチ処理とそれに付随する遠隔マテリアルハンドリングに特徴があるため、プラントの処理能力を評価するためには、機械的動作のシミュレーションが必要であった。そこでバーチャルエンジニアリング技術を利用して、操業シミュレーション技術の開発を進めている。本報告は平成13年度の成果をまとめたものである。1)乾式再処理施設の操業シミュレーションシステムの構築:FBR実用化戦略調査研究(以下、FSと略す)フェーズIの乾式再処理の概略設計情報をもとに、研究の進捗に伴う設計変更に柔軟に対応することを念頭に置き、設備や機器の機械的動作のシミュレーションができる、操業シミュレーションシステムを構築した。2)酸化物電解再処理施設の操業シミュレーションによる評価:F-SフェーズIの設計情報にもとづき、酸化物電解法の燃料処理セルについて操業シミュレーションを実施した。現在の設定ではマテリアルハンドリング機器のスピードが遅く、このため要求される50tHM/年の処理能力を下回ることが明らかになった。マテリアルハンドリング機器の把持・解放スピードをパラメータとして、処理能力への影響を評価した結果、把持・解放時間を最も早い 0分に設定しても、プラントの処理能力は要求される 94%にとかならず、これだけでは十分な解決には至らないことを示した。
伊崎 誠; 戸澤 克弘; 掛樋 勲
JNC TN9400 2001-094, 114 Pages, 2001/07
JNC-TN9400-2001-094.pdf:10.56MB
本研究は、従来のPurex再処理法と異なるシステム概念の乾式リサイクルシステム(乾式再処理)・金属電解法について、主要機器であるカソードプロセッサ(蒸留器)の蒸留挙動を模擬し、処理時間及び物質収支などを把握するための蒸留解析コードの検証、及びプロセスセルの冷却挙動解析をパーソナルコンピュータ上で実施できるように作成した解析モデルを用いた冷却系のパラメータサーベイを実施したものである。これらは、乾式リサイクルシステム・金属電解法の構築、評価のためのシステム解析ツール(設計ツール)開発の一環として行ったものである。 蒸留解析コードについては昨年度開発したコードについて、Cdの蒸留挙動の内、主として蒸発量に関して理論値と比較した検証を行った。その解析結果は、適切なメッシュサイズ、時間ステップ等を入力することにより比較的良い一致を示すことが確認され、今後の蒸留装置の設計ツールとして使用できる目途を得ることが出来た。 冷却系のパラメータサーベイは今後のセル内冷却系の設計及び評価に資するため、乾式再処理セル内の冷却方式 4ケースに対して、通常状態及び低流量状態の徐熱性について定常解析を行った。その結果、セル冷却については下部には各発熱機器を冷却する流れを必要最小限確保し、上部にはバルクのセル冷却を確保するような冷却方法とすることが望ましいと考えられることが分かった。
中林 弘樹; 田中 博
JNC TN9400 2001-072, 107 Pages, 2001/06
JNC-TN9400-2001-072.pdf:3.33MB
乾式再処理法は、すでに実用化されている湿式再処理法と大きく異なる原理を利用し、経済性・環境負荷低減せい・核不拡散抵抗性への大幅な改善が期待されている再処理法である。乾式再処理法に関する研究は現在までに世界各国で行われてきたが、実規模プラントを想定した臨界安全設計については殆ど行われてこなかった。本設計研究では代表的な乾式再処理法である金属電解法、酸化物電解法、フッ化物揮発法についての臨界安全設計概念を検討した。第1章では、乾式リサイクルシステムの臨界安全設計に必要な各種物質の基本的な臨界計算を行った結果についてまとめた。第2章から第4章まではそれぞれの金属電解法、酸化物電解法、フッ化物揮発法についての臨界安全設計の検討内容をまとめた。第5章乾式リサイクルシステムでの臨界事故とその収束手段について考察した。検討の結果、金属電解法の電解槽においては、質量管理を行う単一ユニット内部の燃料物質が全ての一つの物質形態になる場合を想定する既存の臨界安全管理の考え方と異なる臨界管理の概念が必要であるが、酸化物電解法、フッ化物揮発法では従来の考え方に従った臨界安全設計を行うことが可能であることがわかった。本検討で設定された最大許容限度および核的制限値値は単純モデルの臨界データに基づいたもので、詳細な機器設計等を利用することにより再評価する余地がある。また、検討した臨界安全設計が想定される異常事象下において十分な安全性を確保できるかについては、今後異常事象の選定、異常事象解析を含めた臨界安全評価を行う必要がある。
岡村 信生; 田中 博
JNC TN9400 2001-060, 73 Pages, 2001/04
JNC-TN9400-2001-060.pdf:2.27MB
乾式再処理システムの中には、溶融塩を用いた電解精製工程を採用しているものがある。しかし、実験データや運転経験が少ないことから、電解中の物質挙動については十分に把握されていない。本研究は、この物質挙動を解析するためのコードの開発を目的とした。一般的な電解を取り扱う計算コードには、以下の2種類のものがある。電極間の電位から電解槽内の電位分布と電流密度分布を求め、これらをもとに陰極表面に空間分布を持った析出物を析出させるというマクロ的なモデルに基づくものと、陰極電位からNernstの式を用いて陰極表面における物質の濃度を求め、溶液中の濃度との勾配から拡散方程式を解いて析出物量を算出するミクロ的なモデルに基づくものである。本研究では、マクロ的なモデルとミクロ的なモデルを結合し、さらに溶融塩の流動も考慮することが可能な解析コードの開発を行った。解析の結果、溶融塩を攪拌することで、電流密度分布により生じる折出物の偏在が解消されることやO2ガスによるPuの4乗プラスの酸化(Puの4乗プラス
PuO2の2乗プラス)と電折(PuO2の2乗プラスPuO2)を同時に行うMOX電解で効率よくPUO2を回収できることが確認された。
岡村 信生; 田中 博
JNC TN9400 2001-059, 51 Pages, 2001/04
JNC-TN9400-2001-059.pdf:1.55MB
軽水炉とは異なりFBR(Fast Breeder Reactor)では低除染の燃料が許容されることから、幅広い再処理技術の検討の中で、湿式再処理のみではなく乾式再処理まで含めた種々のプロセスが提案されている。乾式再処理は高い経済性が期待できるといわれているが、湿式再処理と比較して実績が少なく、工学規模のプラントを設計していく過程でプロセスフロー等に多くの検討の余地がある。そのため、乾式再処理システムの検討では、工程の変更や追加等に対して柔軟に対応しながら物質収支の解析・評価をする必要がある。本研究は、この要求を満たす乾式再処理の物質収支評価コードを開発することを目的としている。ここでは、バッチ処理という運転方法の特徴と各工程内で核物質が複雑な形態をとるということから、湿式と比較して乾式では測定されない在庫量である工程滞留量が多くなる可能性があることを踏まえて、開発中の物質収支評価コードに、プロセスを構成する各工程での滞留量を考慮できるように改良を行った。
西村 友宏
JNC TN9400 2001-058, 30 Pages, 2001/04
JNC-TN9400-2001-058.pdf:0.99MB
一体型リサイクル施設の経済個かの定量化を目的として、酸化物燃料を対象にした金属電解法再処理-振動充填燃料製造の一体型施設概念設計(50tHM/y)をもとに、再処理と燃料製造をそれぞれ独立した単独立地型の施設とした場合について施設概念設計を行うとともに、一体型施設との比較・評価を行った。その結果、再処理と燃料製造を単独立地型にすると、一体型施設と比較して、1)再処理施設には再処理製品の貯蔵・払出設備が、燃料製造施設には受入・貯蔵設備が新たに必要である。2)再処理と燃料製造施設の主建屋の面積と体積は、再処理製品の貯蔵・払出・受入設備が追加になったことにより、それぞれ約30%大きくなる。3)建設費も約30%増となるが、建設費増加分の約50%は、追加された再処理製品の貯蔵・払出・受入設備費によるものである ことが明らかとなった。逆に、一体型リサイクル施設の経済効果の観点からいうと、再処理と燃料製造を一つの建屋に配置すると、再処理製品の払出・受入貯蔵設備が不要に、単独立地型施設と比べて建設費で約20%の低減効果があることが明らかとなった。また、再処理と燃料製造を別建屋にしても、隣接させて地下トレンチでつなげれば、再処理製品の払出・受入貯蔵設備が不要になることから、約10%程度の建設費低減効果が期待できる。
渡部 雅之; 紙谷 正仁; 田中 博
JNC TN9400 2001-034, 157 Pages, 2001/01
JNC-TN9400-2001-034.pdf:5.07MB
核燃料サイクル開発機構で進めている実用化戦略調査研究の一環として、高レベル放射性廃液からのAm, Cm回収システムに関し、溶媒袖出法を基本とする種々の方法について、プロセスフローダイヤグラムの作成や物質収支計算等を行い、それぞれの設備規模や経済性の比較評価を実施した。その結果、各システムの設備規模、経済性及び廃棄物発生量は、昨年度検討したSETFICS法を基本とするシステムに対し、それぞれ約1.1倍約1.4倍、約0.9倍約1.4倍及び約1.2倍約1.5倍の範囲内にあることが分かった。これらの結果から各システムとも、今回の設計検討レベルでは、設備規模が同程度のシステムと判断でき、いずれもAm, Cm回収システムとして適用可能と考えられる。しかし、回収すべきAmとCmの量を考えるとUとPuを回収する主工程である簡素化溶媒抽出工程に対して、大きな設備追加となってしまう。したがって、Am, Cm回収システムとしていずれの方法を適用するとしても、そのシステムをよりコンパクトに、かつ、より経済的に確立するための開発が必要であり、今後も、今回検討に各システムの開発状況や新規システムの情報等を加え、比較評価を継続し、最終的に実用化システムを選定すべきであろう。
渡部 雅之; 紙谷 正仁; 駒 義和; 田中 博
JNC TN9400 2000-084, 115 Pages, 2000/07
JNC-TN9400-2000-084.pdf:3.24MB
核燃料サイクル開発機構で進めている実用化戦略調査研究の一環として、高レベル放射性廃液からのAm、Cm回収システムに関し、SETFICS法を基本とする方法について、プロセスフローダイアグラムの作成等を行い、その設備規模や経済性等の概略的な評価を実施した。その結果、本システムの設備規模、経済性及び廃棄物発生量は、簡素化溶媒抽出法を基本とした再処理施設と燃料製造施設の一体化プラントに対し、それぞれ約17%、約15%及び約10%相当になることが分かった。また、その他4種のAm、Cm回収システムを調査し、概略のフローシート作成を行い、比較評価した結果、各プロセスとも設備規模等が同等であると判断された。以上より、今回検討の各システムがAm、Cm回収システムとして適用可能と考えられる。しかし、これらの結果は、各システムでの回収元素(Am、Cm)量が少ないことを考えると、大きな設備追加となることを示している。したがって、Am、Cm回収システムとしていずれの方法を適用するとしても、そのシステムをよりコンパクトに、かつ、経済的に確立するための開発が必要であろうと考えられる。
掛樋 勲; 河野 秀作
JNC TN9400 2000-054, 84 Pages, 2000/04
JNC-TN9400-2000-054.pdf:7.15MB
本研究は、乾式再処理-振動充填燃料の乾式リサイクルシステム構築研究に資するため、酸化物電解処理技術で得られたUO2顆粒を用いた振動充填実験を行って、充填密度等の燃料品質とその向上性についての評価を行ったものである。酸化物電解処理技術は、燃料酸化物が焼結体の形態で電極に析出する方法である。この焼結体となっている電極析出物を破砕することによって、振動充填燃料となる顆粒を作る。この電解処理方法はFP分離にも適用できて再処理と顆粒製造を同時にできる。これは、ロシア原子炉科学研究所RIARで開発中のもので、国内においても新しいFBR燃料リサイクル技術のひとつとして、評価研究が進められている。従来、振動充填燃料は、球形顆粒を作って充填密度を上げることを考えている。本研究対象としている電解による顆粒は電解析出物を破砕して顆粒とするため、顆粒製法は簡単であるが、形状が角張った非球形顆粒である。そのため、本研究ではこの電解による顆粒の充填密度と振動充填メカニズム(決定因子)との相関性をできるだけ明らかにするように努めている。また、酸化物電解処理技術で得られたUO2顆粒を用いた振動充填実験は、国内初めての実験成果である(実験は東芝に委託して行った)。UO2顆粒振動充填燃料のほぼ均一な顆粒分布性状と75%の振動充填密度を得た。軸方向充填密度のバラツキのため、期待される充填密度は達成できなかったが、振動充填メカニズム及び充填密度向上のための知見を多々得た。この知見に基づく充填方法の改良により、80%以上の振動充填密度(軸方向平均)の達成ができると考える。
掛樋 勲; 戸澤 克弘; 松本 俊一; 田中 健哉; 吉氏 崇弘*
JNC TN9400 2000-053, 99 Pages, 2000/04
JNC-TN9400-2000-053.pdf:7.47MB
本研究は、従来のPurex再処理法-ペレット加工法と異なるシステム概念の乾式リサイクルシステム(乾式再処理-射出成型(金属燃料)、振動充填(酸化物燃料)加工法)における操業性評価に係るものである。乾式リサイクルシステムは、工程機器で処理した燃料(使用済み燃料、リサイクル燃料中間製品、リサイクル燃料製品)を固体の形で次の工程へ移送するバッチ処理システムである。このため、工程間の燃料移送はハンドリングロボットを用いて自動化された物流システムで行う。本研究では、米国アルゴンヌ国立研究所(ANL)の金属燃料プロセスを例に、乾式プロセスのロボットによる自動化操業システムについて、ロボットの必要機能、ロボットと工程機器の相互の操作性、動作・移送時間等の観点でシステム評価を行った。評価は、プロセス機器、機器動作、プロセス移送物及びハンドリングロボット機能の現実化したモデルをシミュレーションコードに組み込んで、ロボットによるプロセス操業をシミュレーションする、バーチャルエンジニアリング手法を適用して行い、ロボットによる乾式プロセス物流操作の現実性を示した。またプロセス設計、技術開発の進捗による、より実際的で、合理的な乾式システムの物流システム構築の課題を摘出して示した。
戸澤 克弘; 松本 俊一; 掛樋 勲
JNC TN9400 2000-052, 110 Pages, 2000/04
JNC-TN9400-2000-052.pdf:4.39MB
本研究は、従来のPurex再処理法と異なるシステム概念の乾式リサイクルシステム(乾式再処理)について、主要機器であるカソードプロセッサ(蒸留器)の蒸留挙動を模擬し、処理時間及び物質収支などを把握するための蒸留解析コード及び、プロセスセルの冷却挙動解析をパーソナルコンピュータ上で実施できるように解析モデルを作成したものである。これらは、乾式リサイクルシステム構築、評価のためのシステム解析ツール(設計ツール)開発の一環として行ったものである。カソードプロセッサ蒸留解析コードの作成にあたっては、検証計算としてベンチマークデータが公開されている2次元キャビティ内の自然対流問題のベンチマーク解と本解析コードでのパーソナルコンピュータ上での計算結果を比較した結果、よく一致することを確認した。次に、本解析コードの精度向上、作業効率向上を目的とした改良を行った上で、本解析コードを用いてカソードプロセッサを模擬した円筒状の密閉容器の体系にてCdの蒸留について蒸留解析を実施し、蒸留挙動がシミュレーションできることを確認した。乾式プロセスセルの冷却挙動解析モデルの作成に当たっては、ワークステーション上の詳細解析モデルとのベンチマーク解析からパーソナルコンピュータ上でも十分な精度でモデル化できることを確認した。定常解析によりセル内の流況と温度分布を確認した上で、非常時冷却過渡解析を行った結果、定常的にはヒートバランスがとれた条件であっても、初期の段階で過渡的な温度ピークが発生することがわかった。さらに過渡解析の最終的な定常値は非定常変動の部分的な循環流のでき方に左右され、現象自体の不安定さに影響される可能性があるため、セル空調系の設計にあたっては、冷却ガスのよどみ部に発熱に伴う循環流を起こさない設計とする必要があることがわかった。
掛樋 勲; 中林 弘樹
JNC TN9400 2000-051, 237 Pages, 2000/04
JNC-TN9400-2000-051.pdf:8.14MB
本研究は、従来のPurex再処理法-ペレット加工法と異なるシステム概念の乾式リサイクルシステム(乾式再処理-射出成型(金属燃料)、振動充填(酸化物燃料)加工法)について、その安全システムを構築するために、安全システムの考え方(安全システム概念)を示し、安全評価に関わる検討を行ったものである。安全システムの考え方については、我が国現行の再処理安全審査指針に則って、必要な安全機能、安全設計要件及び安全設備を示し、課題を摘出した。安全評価に関わる検討については、想定する異常事象及び事故事象を選定し、安全設計パラメータ(閉じ込めフィルタ能力等)と漏洩インベントリをパラメータとして、公衆被ばく量制限との関係を求め、課題を摘出した。また、臨界管理の設計及び評価に資するため、臨界解析を行った。以上のように、本研究では、安全設計方針(安全設計上考慮すべき事項)、指針等の作成及び具体的な安全設計を進めるために、乾式システムの安全システム概念を体系化して、課題を示した。
岡村 信生; 米澤 重晃
JNC TN9400 2000-034, 48 Pages, 2000/03
JNC-TN9400-2000-034.pdf:1.56MB
現在、FBR(Fast Breeder Reacotr)の実用化を目指した研究開発が進められており、社会に受け入れられる核燃料サイクルを構築するために幅広い技術を対象に調査・研究が行われている。再処理に関しては、以前は使用済燃料からUとPuを効率よく取り出すことが課せられた唯一の課題であったが、現在、核燃料サイクルシステムを構築する上で再処理に求められる事項は多岐にわたり、それらの要求へ十分に答えていく必要に迫られている。再処理技術の幅広い検討の一環として、LWR(Light Water Reactor)とは異なりFBRでは低除染の燃料が許容されることから湿式再処理のみではなく乾式再処理の研究が始まり、溶融塩や液体金属を用いた電解・抽出、元素間の蒸気圧差を利用した揮発・凝縮等の様々な手法を組み合わせたプロセスが提案されている。乾式再処理は湿式再処理ほど実証プラントの経験が多くないため、工学規模のプラントを考える上ではプロセスフロー等に未だ多くの検討余地がある。そこで乾式再処理システムの設計を行う上で最も基本となる物質収支を解析・評価する時には、工程の追加等の変更に対して柔軟に対応する必要がある。本研究は、この要求を満たす乾式再処理の物質収支評価コードを開発することを目的としている。