Experimental discussion on fragmentation mechanism of molten oxide discharged into a sodium pool

ナトリウム中へ流出する溶融酸化物の微粒化メカニズムの実験的検討

松場 賢一  ; 神山 健司  ; 豊岡 淳一  ; 飛田 吉春; Zuev, V. A.*; Kolodeshnikov, A. A.*; Vasilyev, Y. S.*

Matsuba, Kenichi; Kamiyama, Kenji; Toyooka, Junichi; Tobita, Yoshiharu; Zuev, V. A.*; Kolodeshnikov, A. A.*; Vasilyev, Y. S.*

ナトリウム中へ流出した溶融炉心物質の微粒化距離に関する評価開発の一環として、溶融酸化物(アルミナ)をナトリウム中へ落下させる微粒化試験を実施し、デブリの粒子径分布を分析した。アルミナデブリの平均粒子径は0.4mm程度であり、従来の流体力学的不安性理論を用いて予測される粒子径と同程度であった。しかし、従来の理論では溶融物質のウェーバー数が増加するとデブリ粒子径が減少すると予測されたのに対し、本微粒化試験ではそのような減少傾向は見られず、ウェーバー数によらずほぼ同じ大きさの粒子径となった。この分析結果から、溶融物質表面における流体力学的不安波が溶融アルミナの微粒化に至る程度まで成長する前に、熱的な現象、すなわち冷却材の局所的な沸騰・膨張が原因となって溶融アルミナを微粒化させたと解釈される。

To develop a method for evaluating the distance for fragmentation of molten core material discharged into sodium, the particle size distribution of alumina debris obtained in the FR tests was analyzed. The mass median diameters of solidified alumina particles were around 0.4 mm, which are comparable to particle sizes predicted by hydrodynamic instability theories such as Kelvin-Helmholtz instability. However, even though hydrodynamic instability theories predict that particle size decreases with an increase of Weber number, such the dependence of particle size on We was not observed in the FR tests. It can be interpreted that the tendency of measured mass median diameters (i.e., non-dependence on Weber number) suggests that before hydrodynamic instabilities sufficiently grow to induce fragmentation, thermal phenomena such as local coolant vaporization and resultant vapor expansion accelerate fragmentation.