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

示差熱分析を用いたナトリウム-水表面反応の速度論的研究

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。

For the purpose of elucidating the mechanism of the sodium-water surface reaction in a steam generator of sodium-cooled fast reactors, kinetic study of the sodium (Na)-sodium hydroxide (NaOH) reaction has been carried out by using Differential Thermal Analysis (DTA) technique. The parameters, including melting points of Na and NaOH, phase transition temperature of NaOH, Na-NaOH reaction temperature, and decomposition temperature of sodiumhydride (NaH) have been identified from DTA curves. Na, NaOH and NaO as major chemicalspecies were identified from the X-ray diffraction (XRD) analysis of the residues after the DTA experiment. It was inferred that NaO could be generated as a reaction product. Based on the measured reaction temperature, the rate constant of sodium monoxide (NaO) generation was obtained by the application of the laws of chemical kinetics. From the estimated rate constant, it was confirmed that NaO generation should be considered during the sodium-water reaction.