Growing mechanism of dendritic oxide during sodium combustion

ナトリウム燃焼における樹氷状酸化反応生成物の成長メカニズム

西村 正弘 ; 上出 英樹 ; 杉山 憲一郎*; 大竹 志朗*

Nishimura, Masahiro; Kamide, Hideki; Sugiyama, Kenichiro*; Otake, Shiro*

この研究は、FRのナトリウム燃焼に対する安全のためにナトリウムの酸化反応挙動を詳細に理解することを目的としている。これまでの研究で、樹氷状の酸化物が、反応界面へのナトリウム供給というように燃焼反応に重要な役割を果たすことがわかっている。本報では、燃焼中の樹氷状酸化物の成長挙動観察結果に基づいて樹氷状酸化物を介した液体ナトリウムの供給機構モデルを提案した。このモデルでは、化学種に着目している。ナトリウム過酸化物の形成は、樹氷状酸化物の中にナトリウムの供給ルートを与える。一方、ナトリウム一酸化物の形成は、ナトリウムの供給をブロックする。化学種は、温度や酸素濃度といった反応場におけるギブスの自由エネルギーによって熱力学的に決定される。このモデルは、観察結果から得られた酸化反応挙動を説明することができる。

The purpose of this study is to understand oxidation behavior of sodium precisely for FR safety against sodium combustion. It was recognized that dendritic oxide took an important role for the combustion reaction such as supplying the sodium to the reaction interface. In this study, we proposed a mechanistic model of supplying liquid sodium through the dendritic oxide based on the observation result of the growing behavior of dendritic oxide during combustion. In this model we made an attention to the kinds of chemical compounds. The formation of sodium peroxides can provide the sodium supplying route in the dendritic oxide. On the other hand the formation of sodium monoxide will block sodium supplying. The kinds of chemical compounds were decided by the Gibbs's free energy of thermodynamics in the reaction field such as temperature and oxygen concentration. This mechanistic model can explain the oxidation behavior consistently with the observation results.