Development of a numerical simulation method to evaluate molten material behavior in nuclear reactors

原子炉内溶融物移行挙動評価のための数値シミュレーション手法の開発

山下 晋   ; 上澤 伸一郎  ; 吉田 啓之  

Yamashita, Susumu; Uesawa, Shinichiro; Yoshida, Hiroyuki

原子力機構では、過酷事故時の炉内溶融物移行挙動進展を現象論的に評価するために、数値流体力学的手法に基づく3次元多相多成分熱流動解析手法(JUPITER)の開発を行っている。本報では、過酷事故時の炉心溶融移行挙動予備解析として、3次元CADデータにより再現した詳細燃料集合体モデルによる溶融移行挙動予備解析、RPV底部から流出するコリウムのペデスタル底部での広がり解析並びに、ペデスタル底部の模擬デブリ周囲の自然対流冷却評価予備解析を実施した。炉心溶融移行挙動予備解析では、複雑構造物内での溶融物の移行挙動解析へ向けたフレームワークを構築することができた。コリウムのペデスタル底部での広がり解析では、ペデスタル底部での溶融物の冷却に伴う高粘性流体を安定して解析できることと、凝固を伴いながら進展する様子を評価できる見通しを得た。模擬デブリの空冷評価解析手法では、平板形状デブリと半球形状デブリによる周囲雰囲気温度への影響評価解析を行い、平板状デブリよりも半球状デブリの方が除熱効果が高いことが分かった。以上より、JUPITERの目標である炉心溶融挙動から圧力容器下部またはペデスタルへの溶融物移行挙動一貫解析を実現できる見通しを得た。

In order to precisely and unified investigate molten core relocation behavior in the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, we have developed the detailed and phenomenological numerical simulation code named JUPITER for predicting the molten core behavior including solidification and relocation based on the three-dimensional multiphase thermal-hydraulic simulation models. At the moment, the fundamental framework for melt relocation behavior and natural convection around accumulated debris in the JUPITER has been developed, that is, core melt and its relocation, corium spreading behavior in a pedestal region, simulation of air cooling evaluation method. In this paper, preliminary analyses, e.g., numerical simulation for core melt relocation behavior, corium spreading behavior and air cooling analysis around debris are shown.