A Series of molten stainless steel-sodium interaction experiments to develop an evaluation methodology for jet breakup during core disruptive accidents in sodium-cooled fast reactors

ナトリウム冷却高速炉の炉心損傷事故時のジェットブレークアップ評価手法開発のための溶融ステンレス鋼-ナトリウム相互作用試験

松場 賢一  ; 江村 優軌; 神山 健司  

Matsuba, Kenichi; Emura, Yuki; Kamiyama, Kenji

ナトリウム冷却高速炉の炉心損傷事故における溶融炉心物質ジェット崩壊距離に関する評価手法を確立するため、JAEAのMELT施設において、炉心構成材料の一つであるステンレス鋼の溶融物約1kgをナトリウムプール(直径約30cm、深さ約1m)中に放出する燃料-冷却材相互作用(FCI)試験を行っている。この試験では、直径12cm程度の溶融ステンレスジェットが、ナトリウム液面付近において、ナトリウム蒸気の膨張を伴って発生するFCIによって崩壊することをX線可視化により確認した。ナトリウムプール中心軸付近に設置した複数の熱電対の応答から、溶融ジェットはナトリウム液面付近で急速に冷却され、ナトリウムプールの底部に到達する前にデブリ(微粒化した固化物)になっていると推定した。これらの結果から、溶融ジェットと冷却材の密度比やジェット直径などの従来のパラメータに加えて、ナトリウムの蒸気化に関連する熱的パラメータの影響を考慮した評価手法の開発が必要であることを確認した。

A series of Fuel-Coolant Interaction (FCI) experiments discharging about 1 kg of molten stainless steel (SS), one of prototypic materials, into a sodium pool (about 30 cm in diameter, about 1 m in depth) has been conducted at the MELT facility of Japan Atomic Energy Agency. X-ray visualization program confirmed that molten SS jets with diameters of about 1 to 2 cm were broken up by FCIs which occurred with sodium vapor expansion at depths near the initial sodium level. Responses of thermocouples suggested that the jets were rapidly cooled near the initial sodium level and became SS fragments before reaching the bottom of the sodium pool. Results of experiments with molten SS jets confirmed that an evaluation methodology for jet breakup under sodium-cooled conditions needs to be developed by taking into account effects of thermal parameters related to sodium vaporization as well as conventional parameters, such as density ratio of a jet and coolant, and jet diameter.