SAS4A analyses of SCARABEE in-pile experiments simulating hypothetical total instantaneous flow blockages in SFRs

ナトリウム冷却高速炉における仮想的集合体入口瞬時完全閉塞事象を想定したSCARABEE炉内試験のSAS4Aコード解析

深野 義隆  

Fukano, Yoshitaka

燃料ピンの自然破損、局所的過出力、流路閉塞のような炉心局所事故の多様な起因事象のうち、仮想的集合体入口瞬時完全閉塞(HTIB)事象は最も厳しい結果を与える。炉心局所事故の幅広い起因事象を包絡する評価として、既往研究ではSAS4AコードによるHTIB事象の影響が評価されている。SAS4Aコードは仏国CABRI炉や米国TREAT炉における多くの炉内試験によってその妥当性が確認されているが、これらの試験の多くは、過出力と組合わせた流量減少条件下で実施された。これらの流量減少型試験と比較して、HTIB事象における流量変化は非常に急激である。したがって、本研究では、特にTIB事象発生後に起きる冷却材沸騰、被覆管溶融、溶融被覆管の移動、燃料溶融及びラッパー管破損のモデリングについて、仏SCARABEE炉を用いたHTIB試験を用いて追加的かつより目的に相応しい妥当性確認が行われた。SCARABEE炉では、19本あるいは37本ピンバンドルを用いた4つのTIB試験が実施された。HTIB事象後に起きるであろう次の現象について、SAS4Aコードによるこれらの試験の解析結果は試験結果との良好な一致を示した。(1)冷却材沸騰及び被覆管ドライアウトのタイミング及びその進展、(2)被覆管溶融のタイミング及び溶融被覆管の移動挙動、(3)燃料の溶融、崩壊及び移動のタイミングとその進展、(4)ラッパー管溶融貫通のタイミング。したがって、既往研究におけるHTIB事象の影響の評価へSAS4Aコードを適用することの妥当性が本研究によってより高められた。

A hypothetical total instantaneous flow blockage at the coolant inlet of an SA (HTIB) gives most severe consequences among a variety of initiating event for local faults (LFs) such as adventitious fuel pin failure, local overpower and flow blockages. An evaluation on the consequences of HTIB was performed in the past study as an enveloping event analysis among a wide spectrum of initiating events for LFs. Although the SAS4A code has been validated by a number of in-pile experiments in the French CABRI and U.S. TREAT reactors, most of them were performed under loss-of-flow (LOF) combined with transient-overpower (TOP) conditions. The changing rate of flow in HTIB is much more rapid than that in these LOF test. Therefore additional and more expedient validation was undergone in this study using the TIB experiments which were performed in the French SCARABEE reactor especially for its modeling of coolant boiling, cladding melting, molten cladding motion, fuel melting and wrapper tube failure anticipated to occur during an HTIB condition. Four TIB experiments were performed with 19 or 37 pin bundles in the SCARABEE reactor. SAS4A analyses on these experiments showed good agreement with those experimental results in the following phenomena which were anticipated to occur during an HTIB condition: (1) Timing and progress of coolant boiling and cladding dryout; (2) Timing of cladding melting and behavior of molten cladding relocation; (3) Timing and progress of fuel melting, disruption and relocation; (4) Timing of wrapper tube melt-through. Therefore it can be concluded that the validity of SAS4A application to safety evaluation on the consequence of HTIB in the past study is enhanced in this study.