Multi-physics and multi-scale simulation for core disruptive accidents in fast breeder reactors

高速炉の炉心損傷事故のためのマルチフィジックス・マルチスケールシミュレーション

越塚 誠一*; Liu, J.*; 守田 幸路*; 有馬 立身*; 飛田 吉春; 山野 秀将   ; 伊藤 高啓*; 白川 典幸*; 細田 誠吾*; 荒木 和博*; 内藤 正則*; 山本 雄一*; 小境 博*; 氷見 正司*; 平野 悦丈*; 清水 泉介*; 大上 雅哉*

Koshizuka, Seiichi*; Liu, J.*; Morita, Koji*; Arima, Tatsumi*; Tobita, Yoshiharu; Yamano, Hidemasa; Ito, Takahiro*; Shirakawa, Noriyuki*; Hosoda, Seigo*; Araki, Kazuhiro*; Naito, Masanori*; Yamamoto, Yuichi*; Kozakai, Hiroshi*; Himi, Masashi*; Hirano, Etsujo*; Shimizu, Sensuke*; Oue, Masaya*

文部科学省革新的原子力システム研究開発事業の枠組みの中で2005年会計年度から5年間の研究プロジェクトを開始した。それはMOX燃料及び金属燃料を対象として高速増殖炉のシビアアクシデントのさまざまな複雑現象を解析するため、Moving Particle Semi-implicit(MPS)手法を用いてCOMPASS(Computer Code with Moving Particle Semi-implicit for Reactor Safety Analysis)と名づけられたコンピューターコードを開発することである。また、金属燃料と被覆材間の共晶反応は分子動力学及び分子軌道法により研究される。MPSにより、凝固を伴う溶融金属流れが解析されるとともに、ラッパ管の弾性解析もまた実施された。その結果は実験及び商用コードと比較された。共晶反応は分子動力学で計算され、参考文献と比較された。以上の数値解析手法は高速増殖炉の炉心損傷事故のマルチフィジックス・マルチスケール現象に有効であることがわかった。

A 5-year research project started in FY2005 in the framework of Innovative Nuclear Research and Development Program funded by the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology in Japan. A computer code, named COMPASS (Computer Code with Moving Particle Semi-implicit for Reactor Safety Analysis), is being developed using the Moving Particle Semi-implicit (MPS) method for various complex phenomena of severe accidents in fast breeder reactors. Both MOX and metal fuels are considered. Eutectic reactions between the metal fuel and the cladding material are being investigated by molecular dynamics and molecular orbital methods. The molten metal flow with solidification was analyzed by MPS. The elastic analysis of a hexagonal wrapper tube was analyzed by the MPS method as well. The results were compared with an experiment and an calculation using an commercial code. Eutectic reactions were calculated by molecular dynamics and compared with the references. We found that the combination of the above numerical methods was useful for multi-physics and multi-scale phenomena of core disruptive accidents in fast breeder reactors.