Establishment of freezing model for reactor safety analysis
原子炉安全解析のための固化モデルの構築
神山 健司 ; Brear, D. J.*; 飛田 吉春; 近藤 悟
Kamiyama, Kenji; Brear, D. J.*; Tobita, Yoshiharu; Kondo, Satoru
高速炉の仮想的な炉心崩壊事故の影響を合理的に評価するため、溶融炉心物質の移行について機構論的シミュレーションが必要とされている。溶融炉心物質が炉心領域に配置されている流路に侵入した際の固化挙動は、燃料の炉心領域からの排除に影響するため、重要な役割を持つ。したがって、固化挙動を扱う機構論的モデルを開発し、高速炉安全解析コードSIMMER-IIIに導入した。結晶体の微視的物理学に基づいた2つの重要な想定、すなわち、流路壁面近傍での溶融物質の過冷却及び融体と壁面との不完全な接触による接触熱抵抗を導入した。その結果、二酸化ウラン及び金属の固化試験で得られた溶融物質の侵入長さ及び固化形態について、良い一致を得ることができた。さらに、開発したモデルの信頼性向上のため、過冷却温度を予測する実験相関式を導いた。この新しい実験相関式を含んだモデルにより、ステンレス・スティール及びアルミナの固化挙動も再現することができた。
A mechanistic simulation of molten core-material relocation is required to reasonably assess consequences of postulated core disruptive accidents (CDAs) in fast reactors (FRs). The dynamics of molten core-material freezing when it is driven into the channels surrounding the core region plays an important role since this affects fuel removal from the core region. Therefore, a mechanistic model for freezing behavior was developed and introduced into the FR safety analysis code, SIMMER-III, in this study. Based on the micro-physics of crystallization, two key assumptions, supercooling of melt in the vicinity of the wall and melt-wall contact resistance due to imperfect contact, were introduced. As a result, encouraging agreement both with measured melt-penetration lengths and freezing modes of UO and metals was obtained. Furthermore, in order to reinforce the developed model, a semi-empirical correlation to predict the supercooling temperature was found. The developed model with the new correlation reproduced both stainless steel freezing and alumina freezing.