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Experimental study and kinetic analysis on sodium-concrete reaction in sodium-cooled fast reactor

ナトリウム冷却高速炉におけるナトリウム-コンクリート反応の実験的研究と速度論的検討

菊地 晋  ; 清野 裕 ; 大野 修司  

Kikuchi, Shin; Seino, Hiroshi; Ohno, Shuji

ナトリウム冷却高速炉ではナトリウム漏えい対策として構造コンクリートはライナーで保護されている。しかし、ライナーが破損するような過酷な状態を想定する場合、コンクリートと液体ナトリウムが接触し、反応が生じる可能性がある。このナトリウムとコンクリートの反応はコンクリートの構成要素にダメージを与え、水素ガスと反応熱を生成する。したがって、原子炉構造の健全性の観点から、ナトリウムーコンクリート反応のメカニズムを把握することが重要である。しかし、計測の困難性から、反応速度論的な知見が僅少である。本研究では、ナトリウム-コンクリート反応現象の後続反応として想定されるNa$$_{2}$$OとSiO$$_{2}$$との反応速度論に着目し、熱分析で得られた結果より速度論的評価を行い、活性化エネルギーと頻度因子を算出した。また、想定される総括反応を検討するため、化学分析より生成物の同定を行った。

For countermeasure against sodium leak, structural concrete is protected by steel liner in a sodium-cooled fast reactor. However, if considering severe accidental condition such as breach of steel liner by intensive sodium leak, the reaction of concrete with liquid sodium potentially may occur. The sodium-concrete reaction (SCR) may result in significant damage of structural concrete elements, the release of hydrogen and exothermic heat. Thus it is important to understand mechanism of SCR in terms of soundness of reactor structure. However, finding on the reaction kinetics is quite limited due to the experimental difficulty. In this study, kinetics of Na$$_{2}$$O-SiO$$_{2}$$ reaction as subsequent reaction was focused. Based on the measured results by DSC equipment, kinetic parameters such as activation energy and frequency factor were obtained by the laws of chemical kinetics. XRD analysis was also performed to identify the reaction products and to discuss possible overall reactions.

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