MELT-II試験装置を用いた再臨界排除可視化基礎試験,2; 冷却ボイド拡大挙動に対する冷却材流路の上部圧力損失及び融体エンタルピー投入速度の影響

Basic experimental study with visual observation on elimination of the re-criticality issue using the MELT-II facility, 2; Effects of upper pressure drop in a coolant channel and melt enthalpy injection rate upon void development behavior

松場 賢一  ; 今堀 真司; 磯崎 三喜男

Matsuba, Kenichi; Imahori, Shinji; Isozaki, Mikio

高速炉の炉心損傷事故において有意な機械的エネルギー放出を伴う再臨界が発生する可能性(再臨界問題)排除するためには、炉心損傷過程の早期に溶融燃料が炉心外へ速やかに排出されることを示すことが有効である。本試験研究では、炉心外への燃料排出挙動に関連する個別現象を解明することを目的として、模擬燃料融体(Wood's Metal:密度8500kg/立方メートル、融点78.8度C)を、排出経路(制棒案内管など)を模擬した冷却材(水)流路へのその側面から放出させる試験を実施している。 第一報では、融体放出部近傍の冷却材のサブクール度が十分に減少して初めて、燃料排出を促進する効果をもつボイド拡大が開始されること、及び実機条件では早期にボイド拡大が開始される可能性が高いことを明らかにした。 本報では、実機条件と関連するパラメータに対するボイド拡大挙動の依存性を試験データから分析した。 試験結果は以下に示すとおりである。 (1)冷却材流路の上部に大きな圧力損失が生じる条件の下では、ボイドの拡大が下方向へ導かれ、流路下部プレナムまで達することを確認した。この結果は、排出経路上部に大きな圧力損失を設ける設計条件が燃料排出を促進にする上で有利であることを示している。 (2)ボイド拡大が開始されるまでに必要な融体エンタルピー投入量は、その投入速度あるいは融体と冷却材の混合時間に依らずほぼ一定となる傾向が見られ、その一方で冷却材のサブクール度に強く依存する。この傾向は、ボイド拡大の開始が融体と冷却材との熱バランスに支配されることを示唆する。 (3)ボイド拡大は継続的な蒸気圧形成により維持される。この蒸気圧は融体エンタルピー投入速度とともに増加する。 (4)融体エンタルピー投入速度の増加に伴い、下部プレナムへの継続的な融体移行を不安定化する効果をもつFCI(Fuel-Coolant Interaction : 溶融燃料-冷却材熱的相互作用)事象がボイド境界で発生する可能性が高くなる。 これらの結果から実機条件では排出経路全域にわたるボイド拡大が速やかに実現する可能性が高いことを確認した。その一方で、速やかな燃料排出を示すためには、ボイド境界でのFCI挙動及びそれらが燃料移行挙動に及ぼす影響を解明することも重要と認識された。

It is effective to demonstrate a rapid and massive relocation of molten fuel from the reactor core at an early stage of the core disruptive accident (CDA) in fast breeder reactors for elimination of the re-criticality issue in which meaningful mechanical energy release is concemed. The purpose of the present study is to clarify individual phenomena related to a fuel discharge behavior from the reactor core. In the present study, a series of experiments with simulant materials has been carried out. In the experiments, simulant of molten fuel (Wood's Metal: density8500kg/m, melting point 78.8C) is injected into a coolant channel (water-filled) simulating the discharge path (e.g. control rod guide tube) from its side wall. In the previous report, it has been clarified that void development leading to enhanced fuel relocation is initiated by a sufficient reduction of coolant subcooling in the vicinity of the melt injection site, and that an early initiation of void development is highly probable under the reactor condition (MOX fuel/sodium coolant). In this report, dependency of void development behavior on related parameters to the reactor condition is analyzed from the experimental data. The following results have been obtained through the present experiments. (1)It was confirmed under a condition with high pressure loss at the upper part of a coolant channel that coolant void is forced to develop downward up to the lower plenum located under the coolant channel. The experimental fact indicates advantage of a reactor design with large pressure loss in the upper part of a fuel discharge path for enhanced fuel relocation. (2)The injection amount of melt enthalpy necessary to initiate void development tends to be constant, irrespective of its injection rate or melt/coolant mixing time. On the other hand, the injection amount of melt enthalpy strongly depends on coolant subcooling. This tendency suggests that initiation of void development ...