Kinetic study of sodium-water reaction phenomena by differential thermal analysis

示差熱分析によるナトリウム-水反応現象の速度論的検討

菊地 晋  ; 清野 裕 ; 栗原 成計 ; 大島 宏之

Kikuchi, Shin; Seino, Hiroshi; Kurihara, Akikazu; Ohshima, Hiroyuki

ナトリウム(Na)冷却高速炉の蒸気発生器(SG)伝熱管破損時に生じるNa-水反応機構を解明するために、示差熱分析(DTA)装置を用いて水酸化ナトリウム(NaOH)とNaの反応に関する速度論的検討を実施した。DTA曲線より、NaとNaOHの融点、NaOHの構造相転移による転移温度、Na-NaOH反応による反応温度、NaHの分解温度について確認した。また反応後残渣物について、XRDによる化学分析を実施し、Na, NaOH, NaOを確認した。これらの結果より、NaOはNa-NaOH反応による反応生成物であると推定された。また、測定した反応温度をもとにNaOの生成にかかわる反応速度定数を算出した。これらの熱分析の結果からNa-水反応の影響評価の時間スケールでNa-水反応の後続反応としてNaOが生成することを明らかにした。

In this work, we studied the kinetics of Na-NaOH reaction as secondary surface reaction in the SWR by using DTA technique. Melting points of Na and NaOH, phase transition temperature of NaOH, Na-NaOH reaction temperature, and the decomposition temperature of NaH were identified from DTA curves. Na, NaOH, and NaO as major chemical species were identified from the XRD analysis of the residues after the DTA experiment. It was inferred that NaO could be generated as Na-NaOH reaction product. Based on the measured reaction temperature, the first-order Arrhenius type rate constant of NaO generation and these related kinetic parameters were obtained by the application of kinetic laws. According to this kinetic study, it was found that NaO generation should be considered during SWR.