Development of an overall correlation model for cesium chemisorption onto stainless steel

鋼材へのセシウム化学吸着に対する包括的なモデル相関式の構築

中島 邦久  ; 鈴木 恵理子   ; 逢坂 正彦  

Nakajima, Kunihisa; Suzuki, Eriko; Osaka, Masahiko

シビアアクシデント(SA)解析コードを用いた解析結果によれば、福島第一原子力発電所の圧力容器内上部には、蒸気乾燥器や気水分離器といった表面積の大きな構造材が存在し、比較的高温になりやすいことから、鋼材に化学吸着したセシウム(Cs)が大量に偏在していることが予想されている。しかしながら、SA解析コードに組み込まれている現行のCs化学吸着モデルでは、例えば、温度依存性に関する実験結果を上手く再現できていない。そのため、原子力機構では、Csシリケートが主なCs化学吸着化合物として存在する1073Kより高い温度領域において有効な改良モデルを構築している。一方、原子力機構における最近の研究によれば、873K付近の比較的低い温度領域においては、化学吸着速度が改良モデルで予想された値よりも高くなることが分かり、このような増大はCsフェレートの生成に起因していることが示唆された。そのため、原子力機構では、Csフェレートが主なCs化学吸着化合物として存在する温度領域で有効な低温モデルを構築している。本研究では、CsシリケートとCsフェレートの生成割合を考慮して高温と低温モデルを結合させた包括的な化学吸着用のモデル相関式を構築した。

Severe accident (SA) analysis codes predicted that a large amount of cesium (Cs) chemisorbed onto stainless steel would be localized in the upper region of reactor pressure vessels (RPVs) in Fukushima Daiichi Nuclear Power Station because the RPV internals such as steam dryer and steam separator have large surface areas and would have experienced relatively high temperature. However, the current Cs chemisorption model incorporated into SA analysis codes cannot accurately reproduce experimental results such as temperature dependence. Therefore, JAEA has constructed an improved Cs chemisorption model validated above 1073 K where a Cs silicate was mainly formed as Cs-chemisorbed compound. On the other hand, recent study in JAEA indicated that the chemisorption rate was much higher than that expected from the improved model in a relatively low temperature region, around 873 K. Such an enhancement was suggested to be resulted from formation of a Cs ferrate. Thus, a lower temperature model validated in the temperature region where the main Cs-chemisorbed compound was a Cs ferrate was constructed. In this study, an overall correlation model combined the higher and the lower temperature models was developed by considering fraction of the Cs silicate and the Cs ferrate.