Development of methodology to evaluate mechanical consequences of vapor expansion in SFR severe accident transients; Lessons learned from previous France-Japan collaboration and future objectives and milestones

SFRの重大事故における蒸気膨張により生じる機械的影響を評価するための方法論の開発; これまでの日仏協力で得られた知見と将来の目的とマイルストーン

Bachrata, A.*; Gentet, D.*; Bertrand, F.*; Marie, N.*; 久保田 龍三朗*; 曽我部 丞司 ; 佐々木 啓介; 神山 健司  ; 山野 秀将   ; 久保 重信 

Bachrata, A.*; Gentet, D.*; Bertrand, F.*; Marie, N.*; Kubota, Ryuzaburo*; Sogabe, Joji; Sasaki, Keisuke; Kamiyama, Kenji; Yamano, Hidemasa; Kubo, Shigenobu

日仏協力の枠組みにおける目的の1つは、計算方法を定義および評価し、ナトリウム高速炉(SFR)における重大事故シナリオの現象とその結果を調査することである。SFRのナトリウムプレナムで発生する燃料-冷却材相互作用によって生じる構造物の機械的応答を評価するための方法論は、2014-2019年の日仏協力の枠組みの中で定義された。2020-2024年の期間に広がった枠組みについて、主な目的とマイルストーンを本論文で紹介する。研究の目的は、原子炉容器の機械的強度の限界と重大事故により受ける機械的荷重との間のマージンを包括的に扱うことである。この目的のため、SIMMERコードを使ってSFRの炉心損傷事故を解析する。流体構造の相互作用については、流体構造ダイナミクスツール(CEA側はEUROPLEXUS、JAEA側はAUTODYN)を用いて評価する。本論文では、ホットプレナムの蒸気膨張過程の評価を示すため、ベンチマーク研究について説明する。そのために、蒸気膨張に至る、出力逸走後のASTRID 1500MWth炉心が損傷した状態に基づく共通入力データを使用する。本研究では、SIMMER入力データにおいて事故時の緩和デバイスであるトランスファーチューブの作用を制限し、溶融炉心物質を上向きに流出させることによって、最も厳しいケースを示した。本論文では最も厳しいケースを示したが、EUROPLEXUSとAUTODYNの両方の計算結果で、原子炉容器の有意な変形は生じなかった。これは、炉心膨張過程で想定した機械的エネルギーが小さかったためである。

In the frame of France-Japan collaboration, one of the objectives is to define and assess the calculation methodologies, and to investigate the phenomenology and the consequences of severe accident scenarios in sodium fast reactors (SFRs). A methodology whose purpose is to assess the loadings of the structures induced by a Fuel Coolant Interaction (FCI) taking place in the sodium plenum of SFR has been defined in the frame of the collaboration between France and Japan during 2014-2019. The work progress will be spread over the period 2020-2024 and the main objectives and milestones will be introduced in the paper. The objective of studies is to comprehensively address the margin between the limit of integrity of the main vessel structures and the loadings resulting from severe accidents. For this purpose, the SIMMER mechanistic calculation code simulates core disruptive accident sequences in SFRs. A fluid structure dynamics tool evaluates this interaction i.e. EUROPLEXUS is used in CEA studies and AUTODYN tool is used in JAEA studies. In the paper, a benchmark study is described in order to illustrate the evaluation of vapour expansion phase in the hot plenum. To do that, joint input data are used on the basis of an ASTRID 1500 MWth core degraded state after the power excursion which leads to vapour expansion. The most penalizing case was evidenced in this study by suppressing the action of transfer tube in-core mitigation devices in SIMMER input deck and thus privileging the upward molten core ejection. Even if the most penalizing case was evidenced in this paper, no significant RV deformation was observed in both EUROPLEXUS and AUTODYN calculation results. The assumed mechanical energy was small for the core expansion phase.