| 研究課題/領域番号 |
01044135
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| 研究種目 |
国際学術研究
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 共同研究 |
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| 研究機関 | 近畿大学 |
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研究代表者 |
柴田 俊一 近畿大学, 原子力研究所, 教授 (90027392)
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| 研究分担者 |
木村 逸郎 京都大学, 工学部, 教授 (40027404)
内藤 奎爾 名古屋大学, 工学部, 教授 (70022994)
中沢 正治 東京大学, 工学部, 教授 (00010976)
高橋 洋一 東京大学, 工学部, 教授 (90010735)
椙山 一典 東北大学, 工学部, 教授 (10004277)
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| 研究期間 (年度) |
1989
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| 研究課題ステータス |
完了 (1989年度)
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| 配分額 *注記 |
6,100千円 (直接経費: 6,100千円)
1989年度: 6,100千円 (直接経費: 6,100千円)
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| キーワード | 研究用原子炉 / 強力中性子源 / 高速中性子束炉 / 原子炉設計 / 熱水力学的炉設計 / 中性子実験 |
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| 研究概要 |
超高中性子束炉(ANSと略称)の設計研究を日本側大学関係研究者と、米国側オ-クリッジ国立研究所(米国側幹事研究機関)との間で共同研究として実施した。単年度計画として昭和62年度より3年間にわたって、各年度毎に採択されたので、ここにとりまとめてその成果の概要を述べる。
この炉の目標とする中性子密度は10^<16>n/cm^2・secという、既存の最高値の数倍も高いもので、これを実現するには、それにほぼ比例した高い出力密度が必要あり、大きな技術的困難がある。これを克服して、高性能の研究炉実現のための基礎を確立することが、本設計研究の目的である。
先ず第1に、極端に高い出力密度(約10MW/l)に対しては、円筒型炉心を上下に2分割して、冷却水流路を短くし、下流における温度上昇を一定の範囲に抑えることになった。
次に、冷却水の流速が毎秒30mに近くなることから、燃料板の強度が問題となり、インボリュ-ト型とすることがきまり、かつ、出力密度の平均化のためのウラン含有量の位置毎の調節も行なうことになった。
さらに、上下に2分割した炉心に冷却水を送りこむには、同じ大きさの炉心とした場合、水を横方向から導入せねばならず、このため、水流を整える板に非常に大きな力がかかり、通常の原子炉の炉心構造・材料では強度的に不可能なことが判明した。このため上下の炉心の大きさを変え、水流はすべて垂直に流れる構造とした。
日本側はこれらの過程で、随時提案を行ない、設計計算を行なってきた。
昨年度までも、炉心の核特性計算、熱水力計算等に参加し、多くの成果をあげてきたが、平成元年度において日本側が関与した研究の主な成果は、次の通りである、これらはORNLに滞在、共同研究に参加した、阪大工・錦織毅夫、及び京大炉・林正俊によるものである。
(1)新断面積セットによる炉心計算
寸法の異なる上下2分割炉心とすることに伴い、必要な炉心計算を行なった。
ENDFーB/IVを基にした新しい断面積セットができ、Reference coreの寸法も確立したので、2次元輸送コ-ドにより計算した。Uー235の核分裂断面積が約1.5倍となったのが特長で、実効増倍率は1.091と大きな値を得た。断面積セットの再検討とともに、臨界実験による検証が必要と考える。なお米国流の固定ソ-ス計算は誤差が大きく、正しく固有値計算を行なうべきであることを実証した。
(2)熱中性子束のエネルギ-に上限の補正
炉心計算における熱エネルギ-の上限は3.05eVとしたが、ANS計画においては標準値を0.625eVとしているので、その補正を行なう必要がある。マックスウェル分布と、1/Eスペクトルの境界エネルギ-を決定する方法を提案、補正公式を導いた。
(3)中性子ビ-ム実験孔の特性計算
中性子ビ-ム実験は、この研究炉の最も重要な用途の1つである。実験孔の特性を径方向ビ-ム孔と、接線方向ビ-ム孔の両者について詳細に計算した。複雑な形状のため、種々の工夫と近似を用い、2次元輸送コ-ドDORTで計算した。その結果、【○!1】エネルギ-の高い中性子とガンマ線は、炉心から見て前方に偏っているが、熱中性子は等方である。このため、接線方向ビ-ム孔では高速中性子とガンマ線が少なくなる。すなわち、実験孔出口においては、接線方向と径方向との熱中性子束はそれぞれ3.13、3.24×10^<11>n/cm^2・secであるのに対し、熱外中性子束は、接線方向実験孔では2.15×10^<11>、径方向実験孔ではその約2倍の4.22×10^<11>n/cm^2・secが得られた。また【○!2】接線方向ビ-ム孔といえども、炉心に近い、熱中性子束のピ-ク部より引き出す場合は、かなりの高速中性子の混入は避けられず、やや遠いところに設けて、初めて、講入の少ない良質の熱中性子ビ-ムが得られるという結果を得た。さらに、【○!3】ガンマ線については、その距離を変えても、あまり減少を期待できないことが分かった。これはアルミ材中のCr、Mn、Fe等の(n、γ)反応によるガンマ線によるものである。
(4)その他
炉出力を軽水プ-ル内のガンマ線検出器でモニタ-することが考えられており、その際の軽水中不純物の影響を調べたが、10%の濃度のB、Cd、Gdでは2〜1/2倍の影響があることが分かった。
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