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溶融シリコンの水蒸気爆発に関する研究

Study on steam explosions with molten silicon

森山 清史; 丸山 結*; 中村 秀夫 

Moriyama, Kiyofumi; Maruyama, Yu*; Nakamura, Hideo

シリコンは、軽水炉の炉心構成材料であるジルコニウムと同様に酸化し易い材料であり、また、半導体産業で溶融物が扱われるため、その水蒸気爆発挙動に関心がもたれている。そこで、シリコン溶融物の水蒸気爆発特性及び水蒸気爆発における酸化反応の影響について実験によって調べた。実験は水プールへ溶融物を投下する体系で行い、2回の実験でともに激しい自発的水蒸気爆発が発生した。エネルギー変換率は従来のテルミット溶融物による実験と比較して同等からやや大きい程度で4~9%であり、溶融物の細粒化はこれまでの実験よりかなり進んでおり、デブリの質量中央径は65~85$$mu$$mであった。デブリ表面の酸化膜に関する分析により、5$$mu$$m程度の厚さの酸化膜が認められ、シリコンの数%が酸化した可能性がある。

Silicon is a material which is easily oxidized like zirconium which is one of the LWR core materials. Also, its steam explosion behavior is a concern in semi-conductor industries where its melt is handled. In this study, steam explosion behavior of silicon melt and contribution of oxidation reaction in a steam explosion were investigated. Two cases of experiments were performed by dropping silicon melt into a water pool and both produced spontaneous steam explosions. Energy conversion ratio was 4--9% which was similar or slightly larger compared with previous experiments with thermite melt. Fragmentation of the melt was finer than previous experiments and the mass median diameter of the debris was 65--85$$mu$$m. An oxide layer of about 5$$mu$$m thick was fond on the debris surface indicating possibility of oxidation of several % of the melt.

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