Numerical analyses of design extension conditions for sodium-cooled fast reactor designed in Japan

日本で設計されたナトリウム冷却高速炉のための設計拡張状態の数値解析

山野 秀将   ; 久保 重信 ; 時崎 美奈子*; 中村 博紀*

Yamano, Hidemasa; Kubo, Shigenobu; Tokizaki, Minako*; Nakamura, Hironori*

日本で設計された新型ナトリウム冷却高速炉の独特な設計の特徴は、設計拡張状態(DEC)において、受動的炉停止系,受動的崩壊熱除去系(DHRS),異常な過渡時スクラム失敗(ATWS)事象に対する炉内事象終息(IVR)概念である。本論文では、日本で研究された事象シーケンスのための数値解析手法を記述するとともに、典型的なATWS事象に対する受動的炉停止系及び溶融炉心物質のIVRのためのシビアアクシデント対策の有効性を示す。受動的炉停止能力のため、数値解析により、厳しいATWS事象に対して自己作動型炉停止系の有効性を示した。その際、温度応答遅れ時間を流体力学計算(CFD)コードにより評価した。また、デブリベッド冷却性評価のため、最近、3次元CFD解析コードと1次元デブリベッドモジュールを結合させた手法を開発し、受動的DHRSを用いてデブリベッド周辺の3次元流動場を模擬するとともに、コアキャッチャーでのデブリベッド冷却性を示した。

Specific design features of advanced sodium-cooled fast reactors (SFRs) designed in Japan are a passive reactor shutdown system, a passive decay heat removal system (DHRS), and an in-vessel retention (IVR) concept against an anticipated transients without scram (ATWS) in design extension condition (DECs). The present paper describes numerical analysis methodologies for event sequences studied in Japan and some numerical analyses of DECs to show the effectiveness of the passive shutdown system against a typical ATWS and severe accident mitigation measures for the IVR of molten core. For the passive shutdown capability, the numerical analysis has demonstrated the effectiveness of a self-actuated shutdown system against a severe ATWS event, for which the temperature response time was separately evaluated by a computational fluid dynamics (CFD) code. A recently developed debris-bed cooling analysis methodology coupled with a CFD code and a debris-bed module has successfully simulated a three-dimensional coolant flow field near the debris bed with the passive DHRS capability in order to demonstrate the debris-bed coolability on a core catcher.