Thermohydraulic responses of a water-cooled tokamak fusion DEMO to loss-of-coolant accidents

水冷却式トカマク核融合原型炉の冷却材喪失事故への熱水力応答

中村 誠; 飛田 健次; 染谷 洋二; 宇藤 裕康; 坂本 宜照; Gulden, W.*

Nakamura, Makoto; Tobita, Kenji; Someya, Yoji; Uto, Hiroyasu; Sakamoto, Yoshiteru; Gulden, W.*

水冷却方式のトカマク核融合原型炉について、真空容器の内外における大規模な冷却材喪失事故を解析した。解析により、そのような事故事象に対する原型炉システムの熱水力応答と、さらに放射性物質の閉じ込め障壁への圧力荷重を明らかにした。この解析結果は、真空容器の内と外における冷却材喪失事故は、それぞれ第1の閉じ込め障壁と最終閉じ込め障壁の健全性を深刻に脅かすことを示唆している。真空容器内冷却材喪失事故については、第1壁トロイダル方向全周破断時において、圧力抑制システムが作動しても、真空容器内圧は設計値まで到達することが分かった。真空容器外冷却材喪失事故については、1次冷却系ギロチン破断に起因するトカマクホールへの圧力荷重は極めて大きく、トカマクホールの健全性を深刻に脅かすことが分かった。論文では閉じ込め障壁への荷重の低減方法について議論した。

Major in- and ex-vessel loss-of-coolant accidents (LOCAs) of a water-cooled tokamak fusion DEMO reactor have been analysed. Analyses have identified responses of the DEMO systems to these accidents and pressure loads to confinement barriers for radioactive materials. The thermohydraulic analysis results suggests that the in- and ex-vessel LOCAs crucially threaten integrity of the primary and final confinement barriers, respectively. As for the in-vessel LOCA, it was found that the pressure in the vacuum vessel reaches its design value due to the LOCA even though a pressure suppression system is in service. As for the ex-vessel LOCA, the pressure load to the tokamak hall due to the double-ended break of the primary cooling pipe was found to be so large that integrity of the hall was crucially challenged. Mitigations of the loads to the confinement barriers are also discussed.