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Study on eutectic melting behavior of control rod materials in core disruptive accidents of sodium-cooled fast reactors, 3; Kinetic study of boron carbide-stainless steel eutectic melting by differential thermal analysis

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,3; 示差熱分析による炭化ホウ素とステンレス鋼の共晶融解に関する速度論的研究

菊地 晋 ; 山野 秀将; 中村 勤也*

Kikuchi, Shin; Yamano, Hidemasa; Nakamura, Kinya*

ナトリウム冷却高速炉の仮想的過酷事故条件では、炭化ホウ素(B$$_{4}$$C)とステンレス鋼(SS)との共晶反応が発生する恐れがある。当該共晶反応の速度論的挙動は、ナトリウム冷却高速炉の炉心損傷事故の評価における重要現象の一つである。本研究では、B$$_{4}$$C-SS共晶反応の速度論的特徴を明らかにするための第一段階として、既往のアプローチとは異なる、B$$_{4}$$CとSSの試薬を用いたTG-DTA測定を実施した。その結果、昇温速度の増加に伴い当該共晶反応の温度が1483から1534Kにシフトする速度論的な特徴が出現し、Kissinger法により活性化エネルギーと前指数因子を算出した。ここで求めた高温域における速度論パラメータは既往知見と概ね一致することが分かった。

In a postulated severe accidental condition of sodium-cooled fast reactor (SFR), eutectic melting between boron carbide (B$$_{4}$$C) and stainless steel (SS) may take place. Thus, kinetic behavior of B$$_{4}$$C-SS eutectic melting is one of the important phenomena to be considered when evaluating the core disruptive accidents in SFR. In this study, for the first step to obtain the fundamental information on kinetic feature of B$$_{4}$$C-SS eutectic melting, the thermal analysis using the pellet type samples of B$$_{4}$$C and Type 316L SS as different experimental technique was performed. The differential thermal analysis endothermic peaks for the B$$_{4}$$C-SS eutectic melting appeared from 1483K to 1534K and systematically shifted to higher temperatures when increasing heating rate. Based on this kinetic feature, apparent activation energy and pre-exponential factor for the B$$_{4}$$C-SS eutectic melting were determined by Kissinger method. It was found that the kinetic parameters obtained by thermal analysis were comparable to the literature values.

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