Theoretical study of sodium-water surface reaction mechanism

ナトリウム-水表面反応機構の理論的研究

菊地 晋  ; 栗原 成計 ; 大島 宏之; 橋本 健朗*

Kikuchi, Shin; Kurihara, Akikazu; Ohshima, Hiroyuki; Hashimoto, Kenro*

ナトリウム冷却型高速炉では、炉心から発電に必要な蒸気発生器へのエネルギーの伝達のために冷却材としてナトリウムが使用されている。万が一、この蒸気発生器が損傷すると、高圧の水蒸気が液体ナトリウム側に噴出し、ナトリウム-水反応が発生する。このナトリウム-水反応により形成された高温の反応ジェットが隣接する蒸気発生器伝熱管表面に熱的及び化学的な影響を及ぼす。そのため、蒸気発生器の安全評価上、ナトリウム-水反応現象を解明することが重要となる。本報では、第一原理計算によりナトリウム-水反応の表面反応機構について研究した。液体ナトリウム表面における水解離、その後の水酸基解離に関するポテンシャルエネルギーを求め、反応速度定数を見積もった結果、初期反応である水解離は後続反応である水酸基解離よりも圧倒的に大きいことが明らかになった。

In a sodium-cooled fast reactor (SFR), liquid sodium is used as heat transfer fluid to carry the energy from the reactor core to the steam generation (SG) system for power generation. If the heat transfer tube in the SG is failed, high pressurized water vapor blows into the liquid sodium and the sodium-water reaction (SWR) takes place. The extremely high-temperature reaction jet formed by the SWR, causes damage to the surface of the neighboring heat transfer tubes by thermal and chemical effects. Therefore, it is important to clearly understand the SWR for safety assessment of SG. In this study, we investigated the surface reaction mechanism in the SWR by ab initio method. The potential energy profiles of the dissociations of HO and OH were obtained. The estimated rate constant of the former was much larger than the latter.