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論文

Melting behavior and thermal conductivity of solid sodium-concrete reaction product

河口 宗道; 宮原 信哉; 宇埜 正美*

Journal of Nuclear Science and Technology, 56(6), p.513 - 520, 2019/06

本研究はナトリウム-コンクリート反応(SCR)によって発生する生成物について、融点及び熱伝導率を明らかにしたものである。試料は次の2種類の方法で作製した。1つ目は加熱炉内でナトリウムとコンクリート粉末の混合物を加熱したものである。2つ目はSCR実験を行い、その堆積物をサンプリングしたものである。前者は、過去の実験からナトリウムとコンクリートの混合割合を決定しており、後者は温度履歴やナトリウムとコンクリートの分布等、より現実的な条件を模擬している。熱重量・示唆熱(TG-DTA)測定から、試料の融点は865-942$$^{circ}$$Cであることが示されたが、金属ナトリウムを含む試料の融点は明確には分からなかった。そこで、より現実的な2つの試料については加熱炉内におけるその圧縮成型体の観察を行った。その観察により軟化温度は800-840$$^{circ}$$C、融点は840-850$$^{circ}$$Cであることが分かった。融点はTG-DTAの結果から10-20$$^{circ}$$C低い温度となった。FactSage 7.2による熱力学計算から、融解が始まる温度はNa$$_{2}$$SiO$$_{3}$$やNa$$_{4}$$SiO$$_{4}$$等の構成物質の融解により起きることが分かった。反応生成物の熱伝導率は$$lambda$$=1-3W/m-Kとなった。これは、xNa$$_{2}$$O-1-xSiO$$_{2}$$ (x=0.5, 0.33, 0.25)の熱伝導率と同程度であった。700$$^{circ}$$Cにおけるこの熱伝導率は非架橋酸素数(NBO/T)の式によって説明されることが分かった。

論文

A Study on self-terminating behavior of sodium-concrete reaction, 2

河口 宗道; 宮原 信哉; 宇埜 正美*

Journal of Nuclear Science and Technology, 55(8), p.874 - 884, 2018/08

 被引用回数:2 パーセンタイル:16.17(Nuclear Science & Technology)

ナトリウム冷却高速炉のシビアアクシデント研究の一環として、ナトリウム-コンクリート反応(SCR)の停止機構を解明するための実験を行った。実験では、細長いコンクリート試験体を使用し、途中で周囲の断熱材を取り外して、強制冷却できるようにした。反応時間を変えた実験を複数回実施することにより、ナトリウム(Na)や反応生成物の分布の時間変化に係るデータを取得した。その結果、初期段階では反応界面において十分に存在していたNaが時間の経過とともに減少し、反応停止後は、Na濃度が18-24wt.%、Si濃度が22-18wt.%となった。また、熱力学計算より、反応界面での安定物質は90wt.%以上がNa$$_{2}$$SiO$$_{3}$$等の固体物質であり、Naは含まれないことがわかった。さらに、定常状態の沈降拡散方程式を用いてこれらの解釈を試みた。SCR初期では、水素発生速度が高いために微粒化した反応生成物はプール中を浮遊するが、コンクリート侵食の進展ならびに反応生成物の増加につれて、水素発生速度に依存しつつも反応生成物の沈降・堆積が顕著になると説明できる。以上により、反応界面での反応生成物の堆積に起因するNaの欠乏により、SCRが次第に停止するとの結論に至った。

論文

Discussion about sodium-concrete reaction in presence of internal heater

河口 宗道; 宮原 信哉; 宇埜 正美*

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

ナトリウム-コンクリート反応(SCR)は、格納容器内に大量の水素やエアロゾルを発生させるために、ナトリウム冷却高速炉の過酷事故時において重要な現象の一つである。本研究では、800$$^{circ}$$Cに加熱した内部加熱器を入れたSCR実験を行い、内部加熱器下部の化学反応特性について研究した。さらに、SCRの自己終息機構についても内部加熱器の影響を考察した。本研究では、内部加熱器がナトリウム、コンクリート中の湿分、反応生成物の移動を妨げてしまうために、ナトリウムは内部加熱器の周囲から表面コンクリートに浸透し、反応することになった。SCRが進んでいくと、内部加熱器の下部には反応生成物が徐々に堆積し、それがナトリウムの拡散を妨げることになった。したがって、内部加熱器の周囲のコンクリートよりも内部加熱器下部のコンクリートの方がナトリウム濃度は相対的に小さく、コンクリート侵食量も内部加熱器の周囲よりも内部加熱器下部の方が小さくなった。しかしながら、反応の界面におけるナトリウム濃度は、内部加熱器との位置に係らず約30wt.%となった。これは、過去の研究で得られた実験結果と同程度であり、Na$$_2$$SiO$$_3$$程度の濃度である。内部加熱器が存在するSCRの自己終息機構においても、ナトリウム濃度は非常に重要なパラメータであることが分かった。

論文

Na-コンクリート反応生成物の熱物性

河口 宗道; 宮原 信哉; 宇埜 正美*

熱測定, 45(1), p.2 - 8, 2018/01

液体金属ナトリウム(Na)は、高い熱伝導等の特性のため高速炉の冷却材として使われてきた。しかしながら、Na漏えい事故時に鋼製ライナーが破損した場合は、Na-コンクリート反応(SCR)が発生する可能性がある。SCRは、Naとコンクリート成分の化学反応に依存して、コンクリート侵食、水素発生するために、Na漏えい事故時に重要な現象の一つである。本研究では、Naとコンクリート粉末を用いて、SCRに関する基礎的な実験を行った。ここでコンクリート粉末は、日本の原子力発電所の構造コンクリートとして一般的に使われるシリカ系コンクリートを粉末化して使用した。反応過程においては、約100$$^{circ}$$C, 300$$^{circ}$$C, 500$$^{circ}$$CでNaの融解、NaOH-SiO$$_{2}$$の反応、Na-H$$_{2}$$O-SiO$$_{2}$$の反応等の温度変化が観察された。特に、500$$^{circ}$$C近傍での激しい反応においては、Na-コンクリート粉末の混合割合$$gammaapprox0.32$$$$836sim853^circ$$Cの温度ピークが観察され、反応熱は$$0.15sim0.23$$kW/gと推定された。反応生成物の主成分は、X線分析からNa$$_{2}$$SiO$$_{3}$$、融点, 密度, 比熱, 熱伝導率, 粘度等の熱物性値は$$x$$Na$$_{2}$$O-$$(1-x)$$SiO$$_{2}$$ ($$xleq 0.5$$)と同程度であることを確認した。

論文

Thermal management of heat resistant FBG sensing for high temperature industrial plants

西村 昭彦; 竹仲 佑介*; 古澤 彰憲; 鳥本 和弘; 上田 雅司; 福田 直晃*; 平尾 一之*

E-Journal of Advanced Maintenance (Internet), 9(2), p.52 - 59, 2017/08

超短パルスレーザーによる点描加工を用いて耐熱FBGセンサを製作した。このFBGセンサは高温の産業プラントの熱管理に最適のセンサである。ここでは金属モールドの内部に耐熱FBGセンサを埋め込み、ナトリウム循環配管に設置した。配管にはナノサイズ銀粒子による接着を行った。ナトリウム循環配管はナトリウム取扱い技術高度化のための実証施設である。この施設では500度を超える高温ナトリウムを毎秒5メートルの流速で循環させることが可能である。耐熱FBGセンサは配管エルボに設置され、熱膨張を明確に検出できた。さらに、急激な冷却過程では配管の収縮過程を解明することができた。我々は、耐熱FBGセンサを用いることで高温産業プラントに対して先進的な遠隔からの熱管理が可能であることを提案する。

論文

A Study on self-terminating behavior of sodium-concrete reaction

河口 宗道; 土井 大輔; 清野 裕; 宮原 信哉

Journal of Nuclear Science and Technology, 53(12), p.2098 - 2107, 2016/12

 被引用回数:3 パーセンタイル:42.29(Nuclear Science & Technology)

ナトリウム冷却高速炉の過酷事故において、ナトリウム-コンクリート反応(SCR)は構造コンクリートを侵食及び水素ガスを発生するため重要な現象の一つである。本研究では、反応の終息機構を調べるために長時間のSCR試験を実施した。本試験の結果、コンクリート上に十分な量のNaが残存していてもSCRは終息することが示され、温度、水素発生といったSCR終息挙動のデータを採取した。反応生成物は、液体ナトリウム中に微粒化した固体がスラリー状態となり、発生した水素によって移行した。そのため水素の発生速度が速い場合は、活発にNaが移行しコンクリート表面を侵食しているが、一旦水素の発生速度が減少すると質量移行係数$$E_p$$は減少し、反応生成物は徐々に沈降した。そのため反応面でのNa濃度は減少し、結果として自然にSCRは停止したものと考えられる。

論文

Validations of multifrequency ECT algorithms for helical SG tubes of FBR

Mihalache, O.; 山口 智彦; 上田 雅司

Electromagnetic Nondestructive Evaluation (XVII), p.109 - 119, 2014/00

 被引用回数:3 パーセンタイル:5.53

The present paper focuses on multi-frequency ECT algorithms applied specifically to the magnetic SG tubes of Monju FBR. The algorithms optimum parameters for either two and three frequencies are determined using 2D and 3D numerical Finite Element Simulations (FEM) based on codes previously developed in-house by authors.

論文

EMAT simulations based on a two-dimensional FEM coupled electro-mechanical formulation

Garcia Rodriguez, D.; Mihalache, O.; 上田 雅司

Proceedings of 16th International Symposium on Applied Electromagnetics and Mechanics (ISEM 2013), p.219 - 220, 2013/07

This work presents the development of a new approach to EMAT finite element method (FEM) simulations by using a coupled electromagnetic-mechanical equation system. Validation is performed within the limits of the un-coupled equations using commercially available FEM codes. The advantages and drawbacks of the new method versus the traditional un-coupled approach are evaluated for various EMAT time-transient patterns. Numerical FEM analyses using either a sparse direct solver or an iterative one are investigated with both implicit and explicit time integration methods.

論文

Human development in Japan and abroad using prototype FBR Monju towards the next-generation age

澤田 誠; 佐々木 和一; 西田 優顕

Proceedings of International Conference on Fast Reactors and Related Fuel Cycles (FR 2009) (CD-ROM), 12 Pages, 2012/00

我が国はFaCTプロジェクトにおいて2025年頃の実証炉の運転開始を目指している。こうした次世代FBR時代に向けて、国際原子力情報・研修センターは、もんじゅ事故から得た教訓をもとにFBR運転技術、ナトリウム取扱技術、保守技術及びFBRプラントシステム技術にかかわる計27の職員教育研修コースを整備するとともに小中高及び大学生を対象としたエネルギー教育を実施している。また、文部科学省の人材育成事業としてアジアを中心とした国際技術研修の展開を通してアジア地区における教育研修施設の拠点となることを目指している。もんじゅを使用したこれらの教育研修は、次世代に向けた国内外の原子力人材育成に貢献している。

論文

High quality education & training towards Monju re-operation

澤田 誠; 桜井 直人

Proceedings of International Symposium on Symbiotic Nuclear Power Systems for 21st Century (ISSNP) (CD-ROM), p.275 - 283, 2007/07

1995年12月にナトリウム漏洩事故を起こした高速増殖原型炉「もんじゅ」は、2008年の再初臨界を目指して改造工事が進められている。「もんじゅ」の安全運転の可否は核燃料サイクルの開発に影響を与える重要な課題である。ゆえに、「もんじゅ」の安全運転を確実に行うためには質の高い教育研修が求められる。「もんじゅ」事故の教訓をもとに「もんじゅ」では教育研修体系枠組みの新構築,「もんじゅ」FBR学校の新規開校、シミュレータ研修の高度化など教育研修体系を大幅に改訂した。現在、「もんじゅ」の運転再開に向けて計29コースの教育研修が行われている。

論文

高速炉と燃料サイクル

篠田 佳彦

エネルギーの外部性と原子力, p.219 - 230, 2006/09

2002年4月から2006年3月までの日本原子力学会「原子力エネルギーの外部性」研究専門委員会の2期4年間の活動をもとに報告書をまとめている。この文章は、その報告書の中の5.3章「高速炉と燃料サイクル」として、記述したものである。ここでは、実用化戦略調査研究の中で実施した高速炉と燃料サイクルの候補技術概念選定について述べている。多基準分析と費用便益分析を適用して構築した評価手法によって、種々の候補技術概念を比較評価し、数点の概念に絞り込んでいる。

口頭

パソコン対話型「もんじゅ」炉心特性解析システムMEISTERの開発,10; 制御棒体系非均質モデルによる中性子束空間分布詳細検討

北野 彰洋; 岸本 安史*; 西 裕士; 宇佐美 晋

no journal, , 

「もんじゅ」炉心解析システムMEISTERを用いて制御棒体系非均質モデルの中性子束分布への影響の検討を行ってきた。ここでは、2次元輸送計算コードTWOTRANと2次元拡散計算コードCITATIONを用いて、MEISTERの計算モデルを模擬し、輸送計算との比較によりMEISTER体系非均質モデルの妥当性を確認する。

口頭

Sodium properties, impurities and safety in the 1st International Topical Seminar "Coolants and Innovative Reactor Technologies"

澤田 誠

no journal, , 

来る11月27, 28日に仏国エクサンプロヴァンスにおいて「第1回仏国トピカルセミナー冷却材と次世代型原子炉技術」が開催される。これに伴い、高速炉の冷却材として活用されているナトリウムについて、その利点と欠点の観点からナトリウムの性質や不純物による腐食,取扱安全等について本セミナーにおいて発表を行う。

口頭

レーザ干渉計を用いた回転機器のAEの非接触計測に関する基礎的研究

大田 恭史; 猿田 晃一; 野口 章太郎; 上田 雅司

no journal, , 

回転機器の異常時のAE特性を把握するためにマイケルソン型干渉計を用いて、AEの非接触計測の状態監視技術としての可能性を検証した。内輪軌道部に模擬欠陥を付与した軸受を用いて1794.3rpmで回転している鏡面シャフト($$phi$$30mm)の曲面部に対し、干渉計によりAEを測定可能であることを確認した。また、軸受箱を測定した場合に比べ、高いピーク周波数のAEを検出可能であることを確認した。

口頭

メッキ処理されたステンレス鋼と液体金属ナトリウムの濡れ性

河口 宗道; 浜田 広次

no journal, , 

Na冷却高速炉(SFR)の冷却材は液体金属であるため炉内の光学的な目視検査は困難である。そこで日本原子力研究開発機構は炉内の目視検査を目的とした、超音波によるナトリウム中目視検査装置(USV)の開発を行ってきており、本装置の実用化にはNaとUSVセンサ表面の濡れ性の理解が重要な課題であることがわかってきた。現在濡れ性を向上させるためにセンサ表面は金メッキ処理している。本研究は、金メッキを含むさまざまなメッキ試験体を製作し、実験的にNa濡れ性の定量評価を行った。濡れ性に関するメッキ処理についてメッキの溶解度が重要なパラメータであることを確認した。

口頭

Na-コンクリート反応の研究

河口 宗道; 土井 大輔; 増山 大輔; 清野 裕; 小西 賢介; 宮原 信哉

no journal, , 

Na-コンクリート反応の停止機構の解明を目的として、反応しきい温度以上に加熱した長時間試験を実施した。試験から、Naが十分存在している状況下で、かつNaを加熱し続けた状態でも反応が停止することを確認した。

口頭

ナトリウム冷却高速炉における格納容器破損防止対策の有効性評価技術の開発,3; 炉心溶融物/ナトリウムとコンクリート構造物との反応挙動

河口 宗道; 宇埜 正美*; 小西 賢介; 山本 郁夫*; 宮原 信哉*

no journal, , 

文部科学省公募研究としてナトリウム冷却高速炉の格納容器破損モードに関する評価手法の開発プロジェクトを開始している。本研究では、ナトリウム-コンクリート反応に伴う水素発生とコンクリート浸食現象解明のために、実験を基にした評価手法の開発を行う計画である。本報では計画及びナトリウム試験の一部を報告する。

口頭

高速増殖原型炉もんじゅの安全確保の考え方のピアレビュー,3; 国際レビューの概要

飛田 吉春

no journal, , 

もんじゅ安全対策ピアレビュー委員会では、2014年7月に高速増殖原型炉もんじゅの安全確保の考え方をとりまとめた。これに対して、国内外の高速炉の安全性に精通した専門家によるレビューを実施した。本発表では国際レビューの結果概要について報告する。

口頭

曲げモーメントおよびせん断荷重を同時に受ける梁の崩壊荷重に関する検討

月森 和之; 森泉 真; 阿部 真人; 定廣 大輔*; 石垣 嘉信*

no journal, , 

構造物に複数のタイプの荷重が作用する場合、それらの相互作用により、単独の荷重が作用する場合よりも強度が低下する可能性がある。ここでは、曲げモーメントとせん断荷重を受ける梁の塑性による相互作用を取り上げ、塑性に由来する曲げモーメントとせん断荷重の相互作用に着目する。個別のケースについては、詳細な数値解析によって評価は可能であるが、設計上成立する形状・寸法、材料をおよそ絞り込む場合などは、簡便な評価式は有効であると考えられる。本研究においては、矩形断面および円断面の梁を対象に、一部近似や既往の研究の知見をモデル化に適用するなどして、曲げモーメントとせん断荷重の相互作用関係の導出を試みた。さらに、例題解析を通じて、FEM詳細解析結果との比較により、その妥当性を検討した。

口頭

ナトリウム冷却高速炉における格納容器破損防止対策の有効性評価技術の開発,13; Na-コンクリート反応過程のシミュレーション

河口 宗道; 宮原 信哉; 宇埜 正美*

no journal, , 

Na-コンクリート反応の化学反応特性を評価するため、COMSOL Multiphysicsに熱力学データベースや最新の化学反応速度を適用してモデル開発を行った。本モデルを用いた数値計算により、各温度におけるNa-コンクリートの化学反応過程をシミュレーションできることを確認した。

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