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Discussion about sodium-concrete reaction in presence of internal heater

内部加熱器を含むNa-コンクリート反応の考察

河口 宗道; 宮原 信哉; 宇埜 正美*

Kawaguchi, Munemichi; Miyahara, Shinya; Uno, Masayoshi*

ナトリウム-コンクリート反応(SCR)は、格納容器内に大量の水素やエアロゾルを発生させるために、ナトリウム冷却高速炉の過酷事故時において重要な現象の一つである。本研究では、800$$^{circ}$$Cに加熱した内部加熱器を入れたSCR実験を行い、内部加熱器下部の化学反応特性について研究した。さらに、SCRの自己終息機構についても内部加熱器の影響を考察した。本研究では、内部加熱器がナトリウム、コンクリート中の湿分、反応生成物の移動を妨げてしまうために、ナトリウムは内部加熱器の周囲から表面コンクリートに浸透し、反応することになった。SCRが進んでいくと、内部加熱器の下部には反応生成物が徐々に堆積し、それがナトリウムの拡散を妨げることになった。したがって、内部加熱器の周囲のコンクリートよりも内部加熱器下部のコンクリートの方がナトリウム濃度は相対的に小さく、コンクリート侵食量も内部加熱器の周囲よりも内部加熱器下部の方が小さくなった。しかしながら、反応の界面におけるナトリウム濃度は、内部加熱器との位置に係らず約30wt.%となった。これは、過去の研究で得られた実験結果と同程度であり、Na$$_2$$SiO$$_3$$程度の濃度である。内部加熱器が存在するSCRの自己終息機構においても、ナトリウム濃度は非常に重要なパラメータであることが分かった。

Sodium-concrete reaction (SCR) is one of the important phenomena during severe accidents in sodium-cooled fast reactors (SFRs) owing to the presence of large sources of hydrogen and aerosols in the containment vessel. In this study, SCR experiments with an internal heater (800$$^{circ}$$C) were performed to investigate the chemical reaction under the internal heater. Furthermore, the effects of the internal heater on the self-termination mechanism were discussed. Because the internal heater hindered the transport of Na, the moisture in the concrete, and reaction products, Na could permeate and react with the surface concrete at the periphery of the internal heater. As the SCR proceeded, the reaction products accumulated under the internal heater and disturbed the Na diffusion. Therefore, the Na concentration under the internal heater decreased relatively lower, and the concrete ablation depth under the internal heater decreased compared to that under the periphery of the internal heater. However, the Na concentration around the reaction front was about 30 wt.% despite the position of the internal heater. The Na concentration was similar to that of Na$$_2$$SiO$$_3$$, which was almost same as that in our past study. It was found that the Na concentration condition was one of the dominant parameters for the self-termination of SCR, even in the presence of the internal heater.

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