燃料デブリベッドの運動特性に関する基礎的研究; 平成19年度研究報告(共同研究)

Fundamental study on dynamic behaviors of fuel debris bed; Research report in 2007 (Joint research)

守田 幸路*; 福田 研二*; 松元 達也*; 飛田 吉春; 鈴木 徹; 山野 秀将   

Morita, Koji*; Fukuda, Kenji*; Matsumoto, Tatsuya*; Tobita, Yoshiharu; Suzuki, Toru; Yamano, Hidemasa

液体金属冷却型高速炉の事故後熱除去過程の評価では、崩壊熱を持つデブリベッドの冷却性を適切に評価することが重要となる。デブリベッドの冷却特性は、一般にデブリベッド内での冷却材の対流・沸騰及びデブリベッドの運動挙動に大きく依存する。そこで、本研究では、デブリベッドの運動特性を把握するため、模擬物資を用いた試験により、冷却材の沸騰によって駆動されるセルフレベリング特性に関する基礎的な研究を実施した。本試験では、デブリベッド内でのボイド分布を模擬するため水の減圧沸騰を採用するとともに、燃料デブリの模擬物質としてアルミナ粒子を用いデブリベッドを構成した。さらに、セルフレベリングが生じる条件に関して簡易モデルを提案し、試験結果と比較するとともに、実機条件への外挿性について考察した。また、安全解析コードで用いられている多相流モデルの妥当性を検証するため、デブリベッドの運動挙動にも関連する固液2相流の試験解析を行った。本検証研究では、固体粒子を伴う液柱のスロッシング挙動に関する試験解析を実施し、安全解析コードの基本的な妥当性を確認した。

It is important to make a reasonable evaluation of coolability of debris bed with decay heat source in assessing post accident heat removal of a liquid metal cooled fast reactor. In general, the coolability of fuel debris depends on coolant convection, boiling and debris bed movement. In the present study, to understand fundamental characteristics of debris movement, self-leveling behavior caused by the coolant boiling was investigated experimentally using simulant materials. The present experiments employed depressurization boiling of water to simulate void distribution in a debris bed, which consists of solid particles of alumina. A rough estimation model of self-leveling occurrence was proposed and compared with the experimental results. Its extrapolation to reactor accident conditions was also discussed. In addition, solid-liquid flow experiments, which are relevant to debris bed movement behaviors, were analyzed to verify the validity of multiphase flow models employed in a safety analysis code. In the present verification study, basic validity of the code was demonstrated by analyzing experiments of water-column sloshing with solid particles.