Rationalization of gas entrainment allowance level at free surface of sodium-cooled fast reactor

ナトリウム冷却高速炉の自由液面におけるガス巻込み許容量の合理化

山口 彰*; 高田 孝*; 辰巳 栄作*; 伊藤 啓; 大島 宏之; 上出 英樹 ; 榊原 潤*

Yamaguchi, Akira*; Takata, Takashi*; Tatsumi, Eisaku*; Ito, Kei; Ohshima, Hiroyuki; Kamide, Hideki; Sakakibara, Jun*

ナトリウム冷却高速炉の一次冷却系統内には、カバーガスの巻込み及び溶存と制御棒からのヘリウムガス放出によるガスが、溶存ガスもしくは気泡の形態で混入している。ガスは炉心反応度の擾乱や沸騰核の生成等を誘起する可能性があるため、安全の観点からガスを抑制する設計とすることが重要であり、ガス巻込みや気泡濃度に関する許容量を定める必要がある。本研究では、高速炉におけるガス巻込み許容量の検討と合理化として、ガス巻込みの影響を炉心入口ボイド率によって評価し、バックグラウンドのガス量を考慮することで受容できるガス巻込み量とガス濃度の提案を行う。そのために、プラント動特性解析コードVIBULの開発を行っており、本コードを用いて高速炉システム内の溶存ガスや気泡の濃度分布を評価する。コードを用いて気泡挙動を評価することでバックグラウンド気泡量が得られ、総気泡量がバックグラウンド量の105%以内に収まるという条件下において、設計における予備的なガス巻込み許容量が巻込み率と巻込み気泡径に関するマップとして導かれる。さらに、ガス抜き機構による気泡除去の成立性について調査を行った。

In a sodium-cooled fast reactor, inert gases exist in the primary coolant system either in a state of dissolved gas or free gas bubbles. The gas in the primary system may cause disturbance in reactivity, nucleation site for boiling, etc. Therefore, the allowance level is necessary regarding the gas entrainment and the gas bubble concentration. In the present study, a gas entrainment allowance level is discussed and rationalized. For the purpose, a plant dynamics code VIBUL has been developed to evaluate the concentration distribution of the dissolved gas and the free gas bubble. Assuming that the total void fraction should be kept below 105% of the background level, a preliminary design allowance level of gas entrainment is proposed as the map in terms of the entrainment ratio and the entrained bubble radius. Furthermore, the possibility of bubble removal is investigated to satisfy the allowance level.