Technological feasibility of two-loop cooling system in JSFR

JSFRにおける2ループ冷却系の技術的実現性

山野 秀将   ; 久保 重信* ; 栗坂 健一 ; 島川 佳郎*; 佐郷 ひろみ*

Yamano, Hidemasa; Kubo, Shigenobu*; Kurisaka, Kenichi; Shimakawa, Yoshio*; Sago, Hiromi*

先進大型ナトリウム冷却高速炉(JSFRと呼ばれる)では革新的な2ループ冷却系を採用している。この冷却系設計では、大きな技術的課題として1ループあたりの冷却材流量の増加による流動・構造健全性,1ループ配管の破断・破損に対する安全設計、及び崩壊熱除去系の信頼性の確保が挙がっている。本論文では、流力振動による配管の構造健全性は1/3縮尺ホットレグ配管試験で調べられた。試験データで検証された流力振動評価手法によって、JSFR設計におけるホットレグ配管の構造健全性が確認された。また、実験的研究によって、ガス巻き込み及び液中渦を含む流動課題については幾つかの設計方策で防ぐことができた。安全性については、この研究では安全評価を実施し、適切な安全設計を適用することによって1ループ配管の破断・破損に対して2ループシステムが妥当であることを確認した。崩壊熱除去系については、適切な安全設計を導入することによって、2ループシステムに適合した自然循環崩壊熱除去系が設計されている。この論文では、崩壊熱除去系の成立性が確率論的安全評価及び安全評価によって示された。

An advanced large-scale sodium-cooled fast reactor (named JSFR) adopts an innovative two-loop cooling system. This cooling system design gives rise to major technological issues: hydraulic and structural integrity due to the increase in one-loop coolant flow rate, safety design against the break or failure in one-loop piping and ensuring the reliability of decay heat removal system. The present paper describes that the piping structural integrity due to flow-induced vibration has been investigated using a 1/3-scale hot-leg piping test. The structural integrity of the hot-leg piping in the JSFR design has been confirmed by a flow-induced-vibration analytical methodology, verified with the experimental data. Additional experimental results have revealed that hydraulic issues including gas entrainment and vortex cavitation could be prevented by some design measures. By applying appropriate safety design, the two-loop system has been confirmed to be valid against the break or failure in one-loop piping by a safety evaluation in this study. The decay heat removal system with natural circulation is designed in conformity with the two-loop system by introducing adequate safety designs. In this paper, the validity of this decay heat removal system is given by a probabilistic safety assessment and safety evaluation.