Water experiment and numerical simulation on failed fuel detection and location system of Japan sodium-cooled fast reactor (JSFR)

JSFRに適用する破損燃料位置検出器の水試験及び数値解析

相澤 康介 ; 大嶋 淳*; 上出 英樹 ; 笠原 直人

Aizawa, Kosuke; Oshima, Jun*; Kamide, Hideki; Kasahara, Naoto

高速増殖炉サイクル実用化研究開発(FaCT)で設計を進めているナトリウム冷却大型炉(JSFR)では、すべての燃料集合体を対象に破損燃料位置検出器(FFDL)を開発している。大型炉では、炉容器コンパクト化による経済性向上を図るため、単回転プラグを採用した燃料交換機に適合するスリット付き炉心上部機構(UIS)が採用されている。スリット下の燃料集合体に対しては、スリット内を燃料交換機が移動するため、FFDLサンプリング管を燃料集合体出口近傍に設置することができない。そのため、サンプリング管をUIS内の適切な位置に配置することにより、破損燃料を数体以内に絞り込むことが可能なサンプリング手法を開発する必要がある。本検討では、UISのスリット周辺構造を1/5縮尺で模擬した水流動試験及び濃度評価解析を実施して、サンプリング手法の開発と評価を行った。炉心上部機構を模擬した水流動試験及び濃度評価解析を実施し、UISの第2BP及びFHMプラグにサンプリング管を設けることで、スリット部の集合体での燃料破損に対するサンプリング濃度の目標値を達成できる結果を得た。また、濃度評価解析により、濃度分布を予測できることを明らかにした。

A selector-valve type failed fuel detection and location (FFDL) system is applied to the JSFR design that has an upper internal structure (UIS) with a slit above the core and several sampling nozzles for the FFDL are set in the UIS around the slit to detect the fission product (FP) from the subassemblies below the slit. Therefore, mixing process in the UIS should be known and appropriate arrangement of the sampling nozzles in the UIS is needed. A water experiment using a 1/5-scle model was carried out. Experimental results showed that the sampling nozzles set in the UIS detected the FP simulant concentration within the criteria of FFDL signal detection. In addition, identification of the failed fuel subassembly under the UIS slit was achieved by means of comparing concentration profiles in the UIS. A numerical simulation using a CFD code was carried out. The simulation results showed that the simulation predicts the FP concentration distributions.