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鉛ビスマスのナトリウム中移行挙動予備試験

Lead-Bismuth Transfer Behavior Preliminary Test in Liquid Sodium

斉藤 淳一 ; 高井 俊秀 ; 佐川 憲彦; 大野 修司 ; 浜田 広次 ; 宮原 信哉 

Saito, Junichi; Takai, Toshihide; Sagawa, Norihiko; Ohno, Shuji; Hamada, Hirotsugu; Miyahara, Shinya

高速炉実用化戦略調査研究(フェーズI)では、鉛ビスマスを中間熱媒体として利用する二次系簡素化概念が一つの候補として選定されている。本研究では実用化戦略調査研究(フェーズII)で鉛ビスマスのナトリウム中移行挙動を実験により明らかにすることを目的とする。二次系簡素化の成立性を評価するための基礎データを取得する。摂氏400度で液体ナトリウム中に液体の鉛ビスマスを滴下する試験を2回実施している。以下の結果が得られている。(1)L1-1試験およびL1-2試験後のICPによる分析結果から、ナトリウム中の鉛濃度はビスマス濃度よりも高くなっている。ナトリウム中の鉛の溶解量はビスマスのそれよりも多いことを示している。これらの結果は従来の溶解度の測定結果と一致する。また、残渣中にはビスマスが最も多く含まれていることがわかった。(2)ナトリウム中に鉛ビスマスが滴下するとナトリウム液温は上昇する。装置の各部の温度変化から算出した総発熱量は、L1-2試験で137kJ/mol-LBEである。これらの反応熱はリーク検出に応用できる可能性がある。(3)L1-1試験およびL1-2試験後、ナトリウム中に黒い粒状固形物(反応生成物)が観察された。サンプリングフィンガー内の反応生成物を観察した結果、反応生成物は上部で5$$sim$$10$$mu$$m程度の微細な粒状である。下部では50$$sim$$100$$mu$$m程度の大きさである。(4)EDXによる成分分析の結果、反応生成物の主な構成元素はナトリウムとビスマスである。XRDによりBiNa3金属間化合物の回折ピークが検出されている。主要な反応生成物はBiNa3といえる。XRDによりPb4Na15の回折ピークも検出されている。しかしながら、SEMにおいてPb4Na15は観察できていない。さらに、これらの試験および分析結果より、鉛ビスマスのナトリウム中への移行挙動モデルを提案する。

The simplified secondary sodium cooling system utilized lead-bismuth eutectic as an intermediate coolant has been selected one of candidate system for the "Feasibility Studies on Commercialized Fast Reactor System (Phase I)". The purpose of this study for the "FS (Phase II)" is to understand transfer behavior of lead-bismuth in liquid sodium by experiment. From the experimental results the fundamental data are obtained for the feasibility evaluation of the simplified secondary sodium cooling system. Twice experiments which trickles liquid lead-bismuth into liquid sodium are carried out at 400 degress centigrade are obtained. (1) From the ICP analyses of L1-1 and L1-2 test, the lead concentration of sodium is higher than the bismuth concentration. This shows that the amount of dissolution of lead into liquid sodium was larger than that of bismuth. This result agrees with data of the previous solubility data in Pb-Na and Bi-Na binary system in sodium. The solid black particles observed in sodium contain a large amount of bismuth. (2) Temperature of liquid sodium rises when the drops of liquid lead-bismuth are added into liquid sodium. The total heating value calculated using temperature rises observed at several parts in equipment is 137 kJ/mol-LBE on L1-2 test. This heat of reaction is promising for leak detection of lead-bismuth into sodium. (3) Many black solid products are observed in sodium taken from L1-1 and L1-2 test apparatus. The reaction products taken from upper location in a sampling finger are very fine and the size was 5 ~ 10$$times$$10$$^{-6m.}$$Those from lower location increase in size and the size was 50 ~100$$times$$10-6m.

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