Analytical study on removal mechanisms of cesium aerosol from a noble gas bubble rising through liquid sodium pool, 2; Effects of particle size distribution and agglomeration in aerosols

液体ナトリウムプール中を上昇する希ガス気泡におけるセシウムエアロゾルの除去メカニズムに関する解析的研究,2; エアロゾルの粒子径分布と凝集の影響

宮原 信哉*  ; 河口 宗道   ; 清野 裕 ; 厚見 拓大*; 宇埜 正美*

Miyahara, Shinya*; Kawaguchi, Munemichi; Seino, Hiroshi; Atsumi, Takuto*; Uno, Masayoshi*

ナトリウム冷却高速炉の燃料ピン破損の仮想事故において、核分裂生成物であるセシウムは、破損燃料ピンからキセノンやクリプトンなどの希ガスとともに、ヨウ化セシウムや酸化セシウムなどのエアロゾルとして放出される。気泡としてナトリウム冷却材に放出されたキセノンやクリプトンは、プール表面に上昇するまでの間にナトリウムプールによるセシウムエアロゾルの除去に影響を与える。本研究では、ナトリウムプール中を上昇する希ガス気泡からの慣性沈着・沈降・拡散によるセシウムエアロゾル除去挙動を、エアロゾルの粒径分布や凝集の影響を考慮したエアロゾル吸収・気泡の膨張・変形を扱うコンピュータプログラムで解析した。本解析では、気泡内の初期気泡径、ナトリウムプールの深さと温度、エアロゾルの粒子径と密度、気泡内の初期エアロゾル濃度をパラメータとして変更し、これらのパラメータがセシウムエアロゾルの除染係数(DF)に及ぼす感度を、エアロゾルの粒度分布と凝集の影響を考慮しなかった先行研究の結果と比較した。その結果、凝集したエアロゾルの慣性沈着のため、初期気泡径、エアロゾルの粒径、及びその密度の感度がDFに対して重要であることが分かった。これらの解析結果を検証するため、セシウムエアロゾルの模擬粒子を用いて、室温における水プールと空気気泡の体系で模擬実験を行った。この実験結果は同じ条件で計算した解析結果と比較して検討した。

In a postulated accident of fuel pin failure of sodium cooled fast reactor, a fission product cesium will be released from the failed pin as an aerosol such as cesium iodide and/or cesium oxide together with a fission product noble gas such as xenon and krypton. As the result, the xenon and krypton released with cesium aerosol into the sodium coolant as bubbles have an influence on the removal of cesium aerosol by the sodium pool in a period of bubble rising to the pool surface. In this study, cesium aerosol removal behavior due to inertial deposition, sedimentation and diffusion from a noble gas bubble rising through liquid sodium pool was analyzed by a computer program which deals with the expansion and the deformation of the bubble together with the aerosol absorption considering the effects of particle size distribution and agglomeration in aerosols. In the analysis, initial bubble diameter, sodium pool depth and temperature, aerosol particle diameter and density, initial aerosol concentration in the bubble were changed as parameter, and the results for the sensitivities of these parameters on decontamination factor (DF) of cesium aerosol were compared with the results of the previous study in which the effects of particle size distribution and agglomeration in aerosols were not considered. From the results, it was concluded that the sensitivities of initial bubble diameter, the aerosol particle diameter and density to the DF became significant due to the inertial deposition of agglomerated aerosols. To validate these analysis results, the simulation experiments have been conducted using a simulant particles of cesium aerosol under the condition of room temperature in water pool and air bubble systems. The experimental results were compared with the analysis results calculated under the same condition.