Clarification of sodium-water chemical reaction using laser diagnostics

レーザー計測技術を用いたナトリウム-水化学反応の解明

出口 祥啓*; 田村 健太*; 村中 亮太*; 菊地 晋  ; 栗原 成計 

Deguchi, Yoshihiro*; Tamura, Kenta*; Muranaka, Ryota*; Kikuchi, Shin; Kurihara, Akikazu

ナトリウム冷却高速炉では冷却材に伝熱特性に優れたナトリウムを用いている。一方、このナトリウムは水蒸気と反応すると化学的に極めて活性な性質を有している。ナトリウム冷却高速炉の設計基準事象の一つとして、蒸気発生器伝熱管の破損により液体ナトリウム中に水が噴出する事象がある。本研究ではNa-水反応において支配的な気相反応を特定することを目的とした。Na-水、Na-酸素、Na-水素のそれぞれの反応場はNa-水反応機構を解明するために資するものである。これらの反応は、LIF,ラマン散乱,ミー散乱,吸収法,光フラグメンテーション法などのレーザー計測技術を用いることにより計測した。これらの計測技術を用いて、Na-水反応機構について素反応解析と併せて検討した。

Sodium-water reaction (SWR) is a design basis accident of a sodium-cooled fast reactor (SFR). In a sodium-cooled fast reactor (SFR), liquid sodium is used as a heat transfer fluid because of its excellent heat transport capability. On the other hand, it has strong chemical reactivity with water vapor. One of the design basis accidents of the SFR is the water leakage into the liquid sodium flow by a breach of heat transfer tubes. This study aims to identify the dominant gas phase reaction of sodium-water reaction. The sodium-water, sodium-oxygen and sodium-hydrogen reaction fields were used to delineate the sodium-water reaction mechanism. These reactions were measured using laser diagnostics such as LIF, Raman scattering, Mie scattering, Absorption and Photo-fragmentation. Using these techniques, the sodium-water reaction mechanisms were discussed with consideration for elementary reactions.