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ナトリウム冷却高速炉におけるナトリウム-コンクリート反応機構に関する実験的研究

Experimental study on sodium-concrete reaction mechanism in sodium-cooled fast reactor

菊地 晋 ; 清野 裕 ; 大野 修司 

Kikuchi, Shin; Seino, Hiroshi; Ohno, Shuji

ナトリウム(Na)冷却高速炉ではNa漏えい対策として、構造コンクリートを保護するライナーを設けている。万が一、このライナーをも破損する過酷な事象が生じた場合、Naとコンクリートによる反応が発生する可能性がある。このNa-コンクリート反応のメカニズムを解明するため、Naとシリカとの反応について熱分析装置(DSC)を用いた速度論的研究を行った。DSC曲線から、Na-SiO$$_{2}$$反応による反応温度を同定した。また、Na-SiO$$_{2}$$反応における反応性がNaと実用コンクリート骨材との反応性と類似していることが分かった。さらに、XRDによる化学分析の結果、反応生成物と推定される水ガラスを確認した。試験で得られた反応温度に基づきNa-SiO$$_{2}$$反応の反応速度定数を導出し、高温の反応場が維持される場合、Na-SiO$$_{2}$$反応がNa-コンクリート反応の時間スケール内に発生し得ることを示した。

For countermeasure against sodium leak, structural concrete is protected by steel liner in a sodium-cooled fast reactor (SFR). However, if considering severe and unexpected accidental condition such as breach of steel liner by intensive sodium leak, the reaction with liquid sodium and concrete potentially may occur. For the purpose of elucidating the mechanism of the sodium-concrete reaction in SFRs, kinetic study of the sodium (Na)-silica (SiO$$_{2}$$) reaction has been carried out by Differential Scanning Calorimetry (DSC) technique. The Na-SiO$$_{2}$$ reaction temperaturewas identified from DSC curves. It was found that reactivity of Na-SiO$$_{2}$$ reaction is similar with the reaction between Na and aggregate of practical used concrete. Based on the measured reaction temperature, rate constant of Na-SiO$$_{2}$$ reaction was obtained. Thermal analysis results indicated that Na-SiO$$_{2}$$ reaction could occur under the elevated temperature in the timeframe of sodium-concrete reaction.

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