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Conceptual design for Japan Sodium-cooled Fast Reactor, 2; Thermal-hydraulic design for reactor upper sodium plenum in JSFR

ナトリウム冷却高速炉の概念設計,2; JSFRにおける炉上部プレナムの熱流動設計

大山 一弘*; 渡辺 収*; 山野 秀将   

Oyama, Kazuhiro*; Watanabe, Osamu*; Yamano, Hidemasa

本研究では、JSFRにおける炉上部プレナムの3次元熱流動解析を行い、構造形状を含む設計方策を評価した。その方策の基本的な考え方は次の通りである。(1)サーマルストライピング現象を防止するため、燃料集合体から放出される高温ナトリウムが制御棒や径ブランケット集合体から流出される低温ナトリウムと混合する場所を炉心上部の永久構造物から離れるようにした。(2)液中渦を防止するため、炉内構造物の径スリット部により生じる上部プレナム内非対称流れを緩和する。それは燃料交換期間しか使用されない燃料交換機の代わりにダミープラグと呼ばれる円筒構造物を挿入することによって達成される。(3)カバーガス巻き込みを防止するため、ナトリウム液面下にディップ・プレートが挿入されている。その当初の設計では、多くのラビリンス状シールを有した二重プレート型であったが、製作性が困難と判断された。そこで、この解析では一重ディップ・プレートを新規に設計した。

In the present study, three-dimensional thermal-hydraulic analyses of the reactor upper plenum in JSFR were applied to evaluating the following countermeasures including the geometrical structure. The basic ideas of countermeasures are as follows. (1) In order to mitigate the thermal striping phenomenon, locations where hot sodium discharged from fuel assemblies meets with cold sodium from control rods and/or radial blanket subassemblies are kept away from un-replaceable structures above the core. (2) In order to prevent the vortex cavitations, asymmetric flow in the upper plenum due to the radial slit with UIS is mitigated by installing a cylindrical structure named as dummy plug instead of the fuel handling machine only used for refueling period. Furthermore, flow holes on perforated plates with UIS are extended to mitigate radial sodium jet from lower part of UIS. (3) In order to prevent the cover-gas entrainment, Dipped Plate (DP) is installed below the sodium free surface. Original design of DP was a double wall type with many labyrinth seals, so the manufacturing regarded as difficult. Then a single wall type DP has been newly designed and examined in this analyses.

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