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B$$_{4}$$C制御材がシビアアクシデント時の炉心溶融過程およびヨウ素やセシウムの化学形に与える影響

Effect of B$$_{4}$$C absorber material on melt progression and chemical forms of iodine or cesium under severe accident conditions

日高 昭秀

Hidaka, Akihide

原子炉の制御材としてBWR等で使用されているB$$_{4}$$Cは、PWRで用いられているAg-In-Cd制御棒材では見られない現象をシビアアクシデント時に引き起こし、炉心の溶融過程、H$$_{2}$$発生量、ソースターム等に影響する。炉心の溶融過程では、B$$_{4}$$Cはステンレス被覆管と共晶反応を起こし、融点以下でステンレスを液化させて炉心溶融を促進する。H$$_{2}$$発生量では、Bが酸化して発生量を増加させるとともに、遊離したCはCH$$_{4}$$に変化し、ヨウ素と結合することにより、ガス状のCH$$_{3}$$Iを生成させる。また、酸化過程で生じたHBO$$_{2}$$はCsBO$$_{2}$$を生成させ、原子炉冷却系内へのCs沈着量を増加させる。当面の課題は、粉末状のB$$_{4}$$C制御棒ブレードと、ペレット状のB$$_{4}$$C制御棒では、形状や表面積、B$$_{4}$$Cとステンレスとの重量比等に差があり、そのことが実際の溶融進展やB$$_{4}$$Cの酸化挙動、あるいは放射性物質の化学形や環境中への放出にどのように影響するのかを解明することである。今後、この分野の研究を進展させることにより、福島事故の炉心溶融進展やソースタームの高精度予測、安全評価における有機ヨウ素の扱い等に有用な知見を提供すると期待される。

B$$_{4}$$C used mainly for BWR and EPR absorbers could cause phenomena which never happen in PWR with Ag-In-Cd absorbers during severe accident. B$$_{4}$$C would make a eutectic interaction with stainless steel and enhance melt relocation. Boron oxidation could increase H$$_{2}$$ generation and change of liberated carbon to CH$$_{4}$$ could enhance CH$$_{3}$$I generation. HBO$$_{2}$$ generated during B$$_{4}$$C oxidation could be changed to CsBO$$_{2}$$ by combining with Cs. This may increase Cs deposition in reactor coolant system. There could be differences in configuration, surface area, stainless steel-B$$_{4}$$C weight ratio between B$$_{4}$$C powder and pellet absorbers. Present issue is to clarify effect of these differences on full scale melt progression, B$$_{4}$$C oxidation and source term. Advancement of this research domain could contribute to further sophistication of prediction tool for melt progression and source terms, and treatment of organic iodide formation in safety evaluation.

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