Estimation of mitigation effects of sodium nanofluid for SGTR accidents in SFR

ナトリウム高速炉の蒸気発生器伝熱管破損事故におけるナトリウムナノ流体の緩和効果の予測

市川 健太*; 神田 大徳; 吉岡 直樹*; 荒 邦章 ; 斉藤 淳一  ; 永井 桂一 

Ichikawa, Kenta*; Kanda, Hironori; Yoshioka, Naoki*; Ara, Kuniaki; Saito, Junichi; Nagai, Keiichi

ナトリウム自身の反応抑制の研究は、液体ナトリウム(ナトリウムナノ流体)中へのナノ粒子分散の概念に基づいてなされた。ナトリウムナノ流体の実験結果から、ナノ流体の水反応の反応速度と反応熱量はナトリウムのそれらより低いことが明らかになった。ナトリウムナノ流体-水反応ジェットのピークの温度の解析モデルは、われわれによって前述の抑制効果を考慮して開発された。本論文では反応ジェットのピークの温度予測に、この解析モデルを適用し蒸気発生器伝熱管断裂(SGTR)事故の隣接した伝熱管損傷の緩和効果の予測方法を準備した。ナトリウムナノ流体がナトリウム高速炉の2次系冷却材のために使われるとして、設計基準事故事象の緩和効果とSGTRの設計拡張状態をこの方法を用いて推定した。その結果、2次系冷却材でナトリウムナノ流体を用いて損傷を受けた伝熱管の数を減らし、SGTR事故によって発生する圧力を抑制する可能性が得られた。

Studies on the suppression of the reactivity of sodium itself have been performed on the basis of the concept of suspended nanoparticles in liquid sodium (sodium nanofluid). According to the experimental and theoretical results of studies for sodium nanofluid, velocity and heat of sodium nanofluid-water reaction are lower than those of the pure sodium-water reaction. The analytical model for the peak temperature of a sodium nanofluid-water reaction jet has been developed in consideration of these suppression effects by the authors. In this paper, the prediction method for mitigation effects for a damage of adjacent tubes in a steam generator tube rupture (SGTR) accidents is arranged by applying this analytical model for the peak temperature of the reaction jet. On the assumption that the sodium nanofluid is used for the secondary coolant of sodium-cooled fast reactor (SFR), mitigation effects under the design-base accident (DBA) condition and the design-extension condition (DEC) of SGTR are estimated by using this method. As a result, there is a possibility to reduce the number of damaged tubes and to suppress the pressure generated by SGTR accidents by using sodium nanofluid in the secondary coolant.