レーザ計測技術を用いたナトリウム-水反応の明確化

Clarification of sodium-water chemical reaction using laser diagnostics

出口 祥啓*; 田村 健太*; 村中 亮太*; 草野 剛嗣*; 高田 孝*; 菊地 晋  ; 栗原 成計 

Deguchi, Yoshihiro*; Tamura, Kenta*; Muranaka, Ryota*; Kusano, Koji*; Takata, Takashi*; Kikuchi, Shin; Kurihara, Akikazu

ナトリウム冷却高速炉では、冷却材に優れた伝熱性能を有する液体ナトリウムを用いている。ナトリウム冷却高速炉の設計基準事象の一つとして、伝熱管破損により、流れている液体ナトリウムに水が漏えいする事象がある。それゆえ、ナトリウムと水の化学反応に関する研究が安全上重要な課題である。本研究ではナトリウム-水反応機構をレーザー計測技術を用いて明らかにすることを目的とした。ラマン散乱, 吸収法, 光解離法などの光学的手法によりナトリウム-水、ナトリウム-酸素、ナトリウム-水素の対向流反応場を計測した。計測の結果、ナトリウム-水反応における主要な生成物は水酸化ナトリウムであることが分かった。また、ナトリウム-水反応の反応速度はナトリウム-酸素反応よりも遅く、ナトリウムと水素は反応しないことが分かった。

In a sodium-cooled fast reactor (SFR), liquid sodium is used as a heat transfer fluid because of its excellent heat transport capability. 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 in a steam generator. Therefore the study on sodium-water chemical reactions is of paramount importance for safety reasons. This study aims to clarify the sodium-water reaction mechanisms using laser diagnostics. The sodium-water, sodium-oxygen and sodium-hydrogen counter-flow reactions were measured using laser diagnostics such as Raman, absorption and photo-fragmentation spectroscopies. The measurement results show that the main product of the sodium-water reaction is NaOH. The sodium-water reaction rate is slower than that of the sodium-oxygen reaction and hydrogen does not react noticeably with sodium.