原子炉燃料集合体の溶融シミュレーションに関する基礎的検討

Fundamental considerations on melting simulations of fuel assemblies in nuclear reactors

山下 晋   ; 吉田 啓之  ; 高瀬 和之

Yamashita, Susumu; Yoshida, Hiroyuki; Takase, Kazuyuki

福島第一原子力発電所事故では、冷却材喪失による炉心冷却機能の低下により、原子炉内に設置されている燃料集合体が高温になり、その結果、燃料棒で溶融が発生し、それが次第に拡大して炉心の崩落を引き起こしたことが推察される。このような溶融事象の進展を明らかにするためには、溶融現象を詳細に予測できる解析コードが必要である。そこで、燃料集合体に設置されている燃料棒を対象に、燃料被覆管の溶融や溶融物の凝固に関する挙動を予測するための解析手法について基礎的な検討を行った。炉心溶融・凝固過程のシミュレーションコードを開発して適用性に関する基礎的検討を行った結果、入熱に伴う溶融及び溶融金属の変形・凝固、並びに領域下部での凝固過程といった一連の過程を数値的に再現できることを確認した。

In the Fukushima accidents, fuel bundle reached a high temperature caused by falling off the function of the cooling effect by loss of coolant located in the reactor. As a results, a melting occurred in arbitrary fuel bundle and it spread to whole fuel bundle, then, it is inferred that the reactor core was fall. In order to elucidate the development of such melting phenomena, we need numerical simulation code which can be circumstantially estimated melting phenomena. We carried out fundamental investigations for the numerical analysis method to which estimate influences of melting of a fuel canning material and a solidification of a molten material for fuel rods placed in the fuel bundle. As a result, we confirm that the a series of physical properties, melting by heat fluxes on the fuel rod and solidifications in the bottom of the under side of the numerical domain were numerically simulated.