コンパクト化したナトリウム冷却炉の温度成層化現象に関する実験研究; 切込みつきUISの影響と温度勾配緩和方策

Experimental study on thermal stratification in a compact reactor vessel of advanced sodium cooled reactor; Influence of a column-type upper inner structure (UIS) under scram conditions

木村 暢之; 林 謙二; 飛田 昭; 上出 英樹 ; 三宅 康洋*

Kimura, Nobuyuki; Hayashi, Kenji; Tobita, Akira; Kamide, Hideki; Miyake, Yasuhiro*

ナトリウム炉の炉容器をコンパクト化するため、コラム型の切込みつき炉心上部機構(UIS)を採用した。原子炉スクラム時には、炉上部プレナムの下層に低温のナトリウムが偏在する温度成層化現象が発生する。上述のUIS構造では、UISの内部を炉心からの冷却材が通過するとともに、UIS切込みにより非対称で局所的に速い流れが生じることから、本構造が温度成層化現象に与える影響を評価しておく必要がある。そこで、1/10縮尺炉容器上部プレナム試験装置を用いて、UIS切込みの影響評価を行うとともに、原子炉スクラム後の炉心出口流量,温度、及び構造形状をパラメータとした試験を実施し、温度成層化現象への影響を評価した。Ri数を実機と同程度とした基本条件において、UIS切込みを通過する流れが成層界面に衝突し、界面下部を剥ぎ取るため、成層界面を通る鉛直方向温度勾配が他の領域に比べ急峻になることがわかった。また、スクラム後の炉心出口流速、スクラム前後の温度差が成層界面高さや厚さ、及び上昇速度に与える影響を明らかにした。また、炉内構造物の形状をパラメータとした試験により、成層界面の温度変動を低減させる方策を検討した。

Thermal stratification after a scram is one of main thermal loads of a reactor vessel in sodium cooled fast reactor. Water experiments using an 1/10th scaled model were carried out for an advanced loop type sodium cooled reactor. The reactor vessel is highly compact and has an upper inner structure (UIS), which has a slit in radial direction for fuel handling. The jet from core outlet goes through the UIS slit and makes asymmetric and locally high velocity field in the reactor upper plenum. Steep temperature distribution across the stratification interface and temperature fluctuations were found near the UIS slit. It was revealed that they were resulted from the impingement of the jet through the slit at the interface. Parameter experiments showed the characteristics of thermal stratification interface.