Numerical simulation of distribution of melt component in reactor

溶融燃料の凝固偏析の数値解析

佐藤 拓未 ; 平田 直哉*; 及川 勝成*; 永江 勇二 ; 倉田 正輝 

Sato, Takumi; Hirata, Naoya*; Oikawa, Katsunari*; Nagae, Yuji; Kurata, Masaki

福島第一原子力発電所事故では、溶融燃料は遅い凝固過程を経て成分偏析が発生していると考えられる。本研究では、溶質分配にScheilモデルを使用し、熱力データをCALPHADでの計算値を用いることで、凝固・分配挙動を再現し、溶融燃料の偏析挙動の予測を行った。本解析では、デブリ酸化物の主成分となるUO-ZrO-FeO系にて解析を行った。解析の結果、凝固初期部の壁面部にUO, ZrOが濃化し、FeOは凝固後期部の中心部で著しく濃化する結果となった。また、種々の冷却条件下での解析結果より、凝固速度が速く、凝固界面部での流速が遅い場合、成分偏析が抑制される傾向があることがわかった。

Macroscopic segregation of molten core and melt components occurs with slow cooling rate in the accident of Fukushima Daiichi Nuclear Power Plants. In this study, solidification and microscopic segregation are simulated with the Scheil model and thermal properties calculated by Thermo-calc in order to investigate an influence of cooling conditions on macroscopic segregation. A macroscopic segregation behaviour has been calculated for UO-ZrO-FeO system, which are major oxides of molten core materials. According to calculated results, UO and ZrO was concentrated in initial solidification area. On the other hand, FeO were strongly concentrated in later solidification area. In addition, macroscopic segregation tends to be suppressed in the conditions of fast solidification rate and slow velocity of solidification interface.