ポイズン付き冷減速材容器の熱流動解析,1; ポイズン板配置の検討

Thermal-hydraulic analyses of poisoned cold moderator vessel, 1; Study on Poison Plate Layout

佐藤 博; 麻生 智一 ; 粉川 広行  ; 勅使河原 誠   ; 日野 竜太郎

Sato, Hiroshi; Aso, Tomokazu; Kogawa, Hiroyuki; Teshigawara, Makoto; Hino, Ryutaro

日本原子力研究所と高エネルギー加速器研究機構が共同で建設を進めているMW級核破砕中性子源において、液体水素を用いる冷減速材は中性子強度やパルス特性などの中性子性能を規定する重要な機器である。減速材容器内の水素温度上昇は、中性子特性を敏感に変化させるため、ホットスポットの原因となる容器内の再循環流域や流れの停滞域の抑制が重要な設計要件となる。設置される3台の冷減速材のうちポイズン付き冷減速材は、容器内にポイズン板を置くため最も停滞域を生じやすい。そこで、基本となる容器内構造を提案し、汎用3次元熱流体解析コードSTAR-CDを用いて熱流動解析を行った。その結果、容器底部において、ポイズン板との間に5mm程度の隙間を設けることで再循環流域や流れの停滞域を抑制して、局所的な温度上昇を設計要求値以下に抑えられることを確認した。

The Japan Atomic Energy Research Institute is constructing a mega-watt class spallation neutron source in cooperation with the High Energy Accelerator Research Organization. A cold moderator using liquid hydrogen is one of the key components in the system, which directly affects the neutronic performance both in intensity and pulse time structure. Since a hydrogen temperature rise in the moderator vessel affects the neutronic performance, it is necessary to suppress the recirculation and stagnant regions which would cause hot spots. A cold moderator with a poison plate (poisoned decoupled moderator) has a high possibility to generate the stagnant region on and near the poison plate. Thermal-hydraulic analyses were carried out with proposed inner structure of the poisoned cold moderator. The stagnant and recirculation regions could be reduced by making a gap between the poison plate end and the vessel bottom surface, and the local temperature rise also could be kept under the required design value.