各種燃料炉心の事故後熱除去特性比較解析作業

Analytical works on post accident heat removal characteristics for the reactor cores using various fuels

大山 一弘*; 渡辺 収*; 小山 和也*

Oyama, Kazuhiro*; Watanabe, Osamu*; not registered

FBRサイクル開発戦略調査研究では、従来から開発が進んでいる MOX燃料-ナトリウム冷却の高速増殖炉のみではなく、燃料については金属、窒化物等、冷却材についてはガス、水、鉛冷却等を組み合わせた種々の増殖炉概念についての比較検討が行われている。本作業では、技術的には考えられないが、影響の大きさの点で重要な事象である炉心崩壊事故を炉容器内で終息させるための事故後崩壊熱除去能力の解析を、開発戦略調査研究で候補として挙げられている種々の概念について行い、種々の増殖炉概念についての比較検討を安全面から行うことを目的としている。本作業では予備的評価として、燃料及び冷却材の違いが事故崩壊熱除去に与える影響の大きさを把握するため、実用化炉心候補と考えられる燃料/冷却材の概念(3種類の燃料(MOX,金属、窒化物)と4種類の冷却材(ナトリウム、鉛、水、炭酸ガス)の組み合わせについて、損傷炉心が体積した常態を想定し、継続して徐熱、保持の可能な堆積厚さを評価して比較検討を行った。なお評価には、DEBRIS-MDコードを1次元モジュール化したコードを使用した。 DEBRIS-MDコードは、ナトリウム冷却材向けに開発されたものであり、鉛冷却材、水冷却材及び炭酸ガス冷却材も解析対象とするため、別途、物性値データ及び熱伝導モデル式の修正を行い、解析に使用した。また、デブリ冷却用の流路構成を自由に選べる1次元フローネットワークコードを開発し、上記の1次元モジュール化したコードと結合することによって、炉容器内に堆積したデブリの状態を炉容器及び冷却系内の熱輸送とともに解析するコード「DEBNET」を整備した。さらに、DEBNETの基本的な解析機能を確認する目的で600MWe級の大型FBRを対象とした試計算を行い、妥当性を確認した。

In the Strategic Research to Commercialize Fast Breeder Reactor Cycle plan, various breeder reactor core concepts are studied which are not restricted to the MOX-sodium combination. Metal and nitride are studied for fuels and gas, water, and lead for coolants. The objectives of this study is to compare the safety characteristics of the various breeder reactor cores by assuming the situation of the post-accident heat removal after hypothetical core disruptive accident. As a preliminary evaluation, coolable limit of core debris beds, which are formed after hypothetically disrupted core, was evaluated for the combinations of three types of fuels, MOX, metal and nitride, and four types of coolants, liquid sodium, lead, water and carbon dioxide gas. For the evaluation, a one-dimensional version of the DEBRIS-MD code which models the temperature distribution in a debris bed was used. Although the original code can handle only sodium coolant, special versions have been developed to handle lead, water and carbon dioxide gas coolants. Furthermore, the computer code for calculating debris bed temperature distribution was integrated in a newly developed coolant flow calculation model. It can handle arbitrary combination of coolant flow paths by using one dimensional flow network modeling. The computer code, named DEBNET was successfully used to analyze the post-accident heat removal in a 600MWe class FBR plant.