Feasibility study on naturally-safe HTGR for air ingress accident

本質的安全高温ガス炉の空気侵入事故に対する成立性評価

大橋 弘史 ; 佐藤 博之  ; 橘 幸男 ; 國富 一彦 ; 小川 益郎

Ohashi, Hirofumi; Sato, Hiroyuki; Tachibana, Yukio; Kunitomi, Kazuhiko; Ogawa, Masuro

福島第一原発事故以降、いかなる事故が発生しても、特段の機器・設備を必要とせず、物理現象のみで人及び環境に有害な放射線の影響を与えないことを目的とした本質的安全高温ガス炉の研究開発を開始した。高温ガス炉にとって過酷な事象である空気侵入事故時において、燃料被覆層の放射性物質閉じ込め機能を喪失させる原因事象として、黒鉛酸化反応で発生する一酸化炭素(CO)の爆発による破損、黒鉛酸化反応熱による昇華等が挙げられる。本研究では、1次系配管の2箇所破断を想定した過酷な空気侵入事故時における本質的安全高温ガス炉の技術的成立性を示すため、1次元定常モデルを用いて、円管流路におけるCO濃度及び反応熱に関する解析評価を行った。この結果、空気中の酸素との穏やかな反応によって冷却流路出口におけるCO濃度を爆発下限濃度未満に抑制、及び反応熱を物理現象のみによって除去可能な冷却材流路形状の条件が存在することを明らかにした。これにより、空気侵入事故時のCO爆発抑制及び反応熱除去に関して、本質的安全高温ガス炉の技術的成立性を示すことができた。

The concept of the Naturally-safe HTGR is that the release of radioactive materials is kept at very low level and no harmful effect on people and the environment is ensured by only physical phenomena without any engineered safety features. At an air ingress accident, possible physical events to loss of the confinement function of the fuel coating layers are the crack of the coatings caused by the explosion of CO produced by the graphite oxidation and failure of the coatings by melting or sublimation caused by core heat up due to the reaction heat. The CO concentration and the heat generated by graphite oxidation inside the circular tube were numerically evaluated. It was confirmed that the CO concentration at the outlet of coolant channel can be maintained below the explosion limit due to the reaction with oxygen in the air, and the reaction heat can be removed by physical phenomena under certain conditions of the coolant channel geometry without any engineered safety features.