原子炉過酷事故時における炉内構造物の溶融移行挙動シミュレーション

Numerical simulation of relocation behavior of molten debris in reactor pressure vessel on severe accident

山下 晋   ; 高瀬 和之; 吉田 啓之  

Yamashita, Susumu; Takase, Kazuyuki; Yoshida, Hiroyuki

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と推察される。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。本研究では、燃料集合体並びに炉心支持板や制御棒案内管等の炉内構造物を対象に、燃料集合体の溶融移行挙動及び凝固過程を現象論的に予測するための解析手法の開発を行っている。これまでに、固・気・液3相2成分(金属及び周囲雰囲気)の炉内溶融移行挙動解析を実施し、温度上昇により溶融した燃料集合体が下部ヘッドへ流入する挙動を解析した。しかしながら、気相以外の燃料及び炉内構造物を1成分で表しているため、崩壊熱を有する燃料とそれを持たない構造物との区別ができず、溶融燃料の移行に伴う発熱項の移動を扱うことができないという問題があった。そこで本報では、燃料と炉内構造物を区別するための拡張を実施し、2次元数値解析によりその妥当性を基礎的に検討した結果について報告する。

In order to understand phenomenologically, we have been developing the numerical simulation method for predicting the melting core behavior including solidification and relocation based on the multi-phase thermal-hydraulic simulation models. In this code, each of gas, liquid and solid phase are treated individually, and interface between two phases are simulated directly. In this paper, the developed code was applied to numerical simulations of the melting behavior of the simulated fuel assemblies and reactor structures. In the simulation, complicated structures in the BWR lower plenum were simply modeled. From the present numerical results, it was confirmed that relocation of molten debris in the RPV can be simulated by the currently developed code including effects of melting and solidification of debris in two components flow simulation. And it was also confirmed that relocation of molten debris with decay heat could be simulated in three components flow simulation.