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; 自然循環条件における成層界面挙動評価

Experimental study on thermal stratification phenomena in compact reactor vessel of sodium cooled fast reactor; Evaluation on stratification interface behavior under natural circulation condition

萩原 裕之; 木村 暢之*; 小野島 貴光; 長澤 一嘉*; 上出 英樹 ; 田中 正暁  

Hagiwara, Hiroyuki; Kimura, Nobuyuki*; Onojima, Takamitsu; Nagasawa, Kazuyoshi*; Kamide, Hideki; Tanaka, Masaaki

日本原子力研究開発機構で設計検討が行われているナトリウム冷却高速炉(JSFR)では、原子炉スクラム時において、炉上部プレナム内に温度成層化現象が発生する。成層界面では鉛直方向に急峻な温度勾配が形成され、時間経過とともに成層界面が上昇すると、炉容器壁に熱荷重が発生する。これまでに、強制循環試験(15%流量)を実施し、炉容器壁の熱応力に対して構造健全性を担保できる見通しを得ている。今回、1/11縮尺上部プレナム水流動試験装置により、強制循環から自然循環へ系統運用を変更した試験を実施した。加えて、直接炉心冷却系熱交換器(DHX)を運転した試験を実施した。本試験により、自然循環に系統運用を変更することで、成層界面での温度勾配が1/3程度に低下し、スクラム時の炉容器壁の構造健全性の裕度が大幅に増加することを明らかにした。また、DHXを運転した場合、DHX出口からの低温流体により、炉容器壁に急峻な温度勾配が生じることを明らかにした。

Thermal stratification in the upper plenum is one of the most important issues of a reactor vessel in sodium cooled fast reactor. The steep temperature gradient across the stratification interface may cause the thermal load against the reactor vessel wall. In this study, the water experiment was carried out using the 1/11 scale upper plenum model of the Japan sodium-cooled fast reactor (JSFR) in order to evaluate the thermal stratification under the natural circulation condition and a direct heat exchanger (DHX) operation condition. The temperature gradient under the natural circulation condition was approximately 1/3 times smaller than that under the forced circulation condition. In the DHX operation case, the steep temperature gradient occurred in the lower region of upper plenum due to the cold fluid from the outlet of DHX.