重金属冷却高速増殖炉の崩壊熱除去特性解析 - Pb-Bi冷却自然循環炉の熱流動特性評価手法整備 -

Decay heat removal analyses in heavy-liquid-metal-cooled fast breeding reactors; Development of the thermal-hydraulic analysis method for lead-bismuth-cooled, natural-circulation reactors

堺 公明; 森下 正樹 ; 岩崎 隆*; 大山 一弘*

Sakai, Takaaki; not registered; not registered; Oyama, Kazuhiro*

サイクル機構では、高速増殖炉の実用化戦略調査研究として、多様な冷却材を対象とした幅広い実用化像に関する設計研究を進めている。その中で、冷却材の一つの候補として、重金属である鉛-ビスマスが摘出されている。平成1112年度に実施された、実用化戦略調査研究・フェーズI研究では、鉛-ビスマスに適合するプラント概念として、自然循環方式の中型炉に着目した概念設計研究が進められた。本研究では、鉛-ビスマスを冷却材とするタンク型の自然循環炉について、崩壊熱除去特性を評価する観点から、既存の多次元蒸気発生器解析コード(MSG)とフローネットワーク型のプラント動特性解析コードであるSuper-COPDコードを結合し、統合型プラント動特性解析コードを構築した。また、それらのコードを用いて、ANLにて設計研究が進められているSTAR-LM炉を対象として、事故時動特性解析及び炉心熱流動解析を実施した。さらに、概念設計研究が実施されたPb-Bi冷却自然循環中型炉を対象として、定格時の炉容器内の熱流動及び崩壊熱除去系を用いた過渡流動特性を評価した。その結果、整備を実施した統合型プラント動特性解析コードについて、自然循環炉の起動から定格定常状態の達成評価、核特性を考慮した事故時のプラント動特性、炉心内の自然循環による流量配分、蒸気発生器ヘリカルコイル各層の蒸気温度評価、崩壊熱除去系による過渡特性評価等への適用性を確認するとともに、それらについて自然循環炉の基本的な熱流動特性を明らかにした。

The feasibility study on future commercial fast breeder reactors in Japan has been conducted at JNC, in which various plant design options with a11 the possible coolant and fuel types are investigated to determine the conditions for the future detailed study. Lead-bismuth eutectic coolant has been selected as one of the possible coolant options. During the phase-I activity of the feasibility study in FY1999 and FY2000, several plant concepts, which were cooled by the heavy liquid metal coolant, were examined to evaluate the feasibility mainly with respect to economical competitiveness with other coolant reactors. A medium-scale (300 550MWe) plant, cooled by a lead-bismuth natural circulation flow in a pool type vessel, was selected as the most possible plant concept for the heavy liquid metal coolant. Thus, a conceptual design study for a lead-bismuth-cooled, natural-circulation reactor of 400MWe has been performed at JNC to identify remaining difficulties in technological aspect and its construction cost evaluation. In this report, a thermal-hydraulic analysis method for lead-bismuth-cooled, natural-circulation reactors is described. A Multi-dimensional steam Generator analysis code (MSG) was applied to evaluate the natural circulation plant by combination with a flow-network-type, plant dynamics code (Super-COPD). By using this combined multi-dimensional plant dynamics code, decay heat removals, ULOHS and UTOP accidents were evaluated for the 100MWe STAR-LM concept designed by ANL. In addition, decay heat removal by the Primary Reactor Auxilialy Cooling System (PRACS) in the 400MWe lead-bismuth-cooled, natural-circulation reactor, being studied at JNC, was analyzed. In conclusion, it becomes clear that the combined multi-dimensional plant dynamics code is suitably applicable to analyses of lead-bismuth-cooled, natural-circulation reactors to evaluate ...