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Study on eutectic melting behavior of control rod materials in core disruptive accidents of sodium-cooled fast reactors, 1; Project overview and progress until 2018

ナトリウム冷却高速炉の炉心損傷事故時の制御棒材の共晶溶融挙動に関する研究,1; プロジェクト全体概要及び2018年までの進捗

山野 秀将; 高井 俊秀; 古川 智弘; 菊地 晋 ; 江村 優軌; 神山 健司; 福山 博之*; 東 英生*; 西 剛史*; 太田 弘道*; Liu, X.*; 守田 幸路*; 中村 勤也*

Yamano, Hidemasa; Takai, Toshihide; Furukawa, Tomohiro; Kikuchi, Shin; Emura, Yuki; Kamiyama, Kenji; Fukuyama, Hiroyuki*; Higashi, Hideo*; Nishi, Tsuyoshi*; Ota, Hiromichi*; Liu, X.*; Morita, Koji*; Nakamura, Kinya*

ナトリウム冷却高速炉の炉心損傷事故(CDA)評価における重要な課題の一つに、制御棒材の炭化ホウ素(B$$_{4}$$C)とステンレス鋼(SS)の共晶溶融反応及び移動挙動がある。CDAの数値解析では、このような挙動のシミュレーションはこれまで行われたことがないため、物理モデルを開発しそれをCDA解析コードに組み入れる必要がある。本研究では、B$$_{4}$$C-SS共晶溶融実験、共晶溶融の熱物性計測、共晶溶融反応の物理モデル開発に焦点を当てている。共晶実験では、可視化実験,反応速度実験,材料分析を行う。物性は液相から固相までの範囲で測定する。これらの反応速度や物性を基に、シビアアクシデント解析コードのための物理モデルを開発する。本発表はプロジェクト全体概要及び2018年度までの進捗概要について報告する。この論文における具体的成果は、共晶溶融実験において固化したB$$_{4}$$C-SS共晶試料のホウ素濃度分布で、これはコンピュータコードに組み込まれた共晶物理特性の検証に用いられる。

One of the key issues in a core disruptive accident (CDA) evaluation in sodium-cooled fast reactors is eutectic reactions between boron carbide (B$$_{4}$$C) and stainless steel (SS) as well as its relocation. Such behaviors have never been simulated in CDA numerical analyses in the past, therefore it is necessary to develop a physical model and incorporate the model into the CDA analysis code. This study focuses on B$$_{4}$$C-SS eutectic melting experiments, thermophysical property measurement of the eutectic melt, and physical model development for the eutectic melting reaction. The eutectic experiments involve the visualization experiments, eutectic reaction rate experiments and material analyses. The thermophysical properties are measured in a range from solid to liquid state. The physical model is developed for a severe accident computer code based on the measured data of the eutectic reaction rate and the physical properties. This paper describes the project overview and progress of experimental and analytical studies conducted until 2018. Specific results in this paper are boron concentration distributions of solidified B$$_{4}$$C-SS eutectic sample in the eutectic melting experiments, which would be used for the validation of the eutectic physical model implemented into the computer code.

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