A Study of air ingress and its prevention in HTGR

高温ガス炉の空気浸入防止の研究

Yan, X.; 武田 哲明; 西原 哲夫 ; 大橋 一孝; 國富 一彦 ; 辻 延昌*

Yan, X.; Takeda, Tetsuaki; Nishihara, Tetsuo; Ohashi, Kazutaka; Kunitomi, Kazuhiko; Tsuji, Nobumasa*

高温ガス炉においては、1次系冷却材配管が破断することによる冷却材喪失事故(減圧事故)においても炉心燃料が制限温度を超えて破損しないように炉容器室冷却系等の設計が行われるが、減圧事故においては崩壊熱による原子炉内の自然循環が発生して空気が持続的に炉心に供給され炉心燃料ブロックが酸化し炉心を崩壊する現象も同時に防止しなければならない。高温ガス炉の設計においては、この減圧事故時の空気侵入を防止する機構(SCAD: Sustained Counter Air Diffusion)が提案されている。高温ガス炉のブロック型炉心を有する圧力容器内に低温の冷却ガス流路構造及び断熱構造を付加し、スタンドパイプを圧力容器内に内蔵することを可能とすることにより、異常事故発生時における制御棒飛び出し、放射性物質の放出及び炉心酸化の発生を防ぐことを可能とする原子炉圧力容器の構造が提案されている。

A rupture of primary piping in HTGR represents a design basis event. In such a loss of coolant event a safety issue remains graphite oxidation damage to fuel and core should major air ingress take place through the breached primary boundary. The present study deals with the two most probable cases of air ingress. The first results from rupture of a standpipe. A design change proposed in the vessel top structure intends to rule out any probability of a standpipe rupture. The feasibility of the modified structure is evaluated. The second case results from rupture of a main coolant pipe. Experiment and analysis are performed to gain understanding of the multi-phased air ingress phenomena and accordingly a new mechanism of sustained counter-air diffusion is proposed that is fully passive and effective in preventing major air ingress in the event of main coolant pipe rupture. The results of the present study may lead to improved safety and economic design of the HTGR.