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Proposal of evaluation method of graphite incombustibility

黒鉛の不燃性の評価方法の提案

濱本 真平  ; 大橋 弘史 ; 飯垣 和彦 ; 島崎 洋祐 ; 小野 正人 ; 清水 厚志 ; 石塚 悦男   

Hamamoto, Shimpei; Ohashi, Hirofumi; Iigaki, Kazuhiko; Shimazaki, Yosuke; Ono, Masato; Shimizu, Atsushi; Ishitsuka, Etsuo

HTGRは、炉心内に大量の黒鉛材料を有しているため、原子炉圧力バウンダリが損傷した際は、炉心内に空気が流入して黒鉛が酸化する事故を想定する必要がある。本事故時、酸化反応の熱によって燃料温度が上昇し、事故が進展しないことを確認することは重要である。そこで本研究では、黒鉛材料の不燃性を評価する方法として、材料の発熱量と放熱量を比較する方法を提案した。発熱量の計算には高温ガス炉HTTRの構造材料をリファレンスにした。構造材料と接触する空気の量は、煙突効果から決定される値とした。放熱量は、煙突効果を生む空気の加熱分と、材料外表面の対流と輻射の合計値とした。発熱量と放熱量を比較した結果、放熱量は発熱量よりも大きいことがわかった。この結果から、黒鉛材料は空気浸入事故時に事故条件に依存せず、温度が低下に向かうため、燃焼しないことが分かった。HTGRのシビアアクシデントへの対処法を決定する際には、黒鉛材料の不燃性を明確に説明することが重要である。本提案のようにシンプルな理論に基づく評価法は、黒鉛材料全体に適用できるため、有用と考えられる。

Since the HTGR has a large amount of graphite material in the core, it is necessary to assume an accident in which the reactor pressure boundary is damaged and air flows into the core. It is important to state that at the time of this accident, graphite does not burn and the accident does not develop due to the heat of oxidation reaction. Therefore, in this study, in order to evaluate the combustibility of graphite materials, we propose a method to compare the calorific value and heat removal amount of the material. When calculating the calorific value, the structural material of HTTR, a high-temperature gas reactor in Japan, was used as a reference. The amount of air in contact with the structural material is a value determined from the chimney effect. The amount of heat release is the sum of convection and radiation. As a result of comparing the heat generation amount with the heat removal amount, it was shown that the heat release amount was always larger than the heat generation amount. This result shows that the graphite material does not depend on the state at the time of the air inflow accident, the temperature decreases and does not burn. It is important to clearly explain the non-flammability of graphite materials when deciding how to deal with severe accidents in HTGRs. This quantitative evaluation method based on a simple theory is considered useful.

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