Thermal behavior and kinetics of the reaction between liquid sodium and calcium hydroxide

液体ナトリウムと水酸化カルシウムとの反応の速度論と熱的挙動

菊地 晋  ; 古賀 信吉*

Kikuchi, Shin; Koga, Nobuyoshi*

ナトリウム冷却高速炉では、構造コンクリートを保護するライナが破損に至るような液体ナトリウムの漏えいが発生した場合、ナトリウム-コンクリート反応が発生する。高速炉構造コンクリートは主要な部位にシリカ系コンクリートが使用され、その表層に断熱・保護機能を持たせたパーライトコンクリートを敷設している。そのため、ナトリウム-コンクリート反応の初期段階におけるパーライトコンクリートとナトリウムの反応に着目する必要がある。本研究では、その第一段階として、ナトリウムと水酸化カルシウムとの反応を対象とした熱分析を実施した。その結果、当該反応は550Kで開始し、反応生成物としてカルシアや水酸化ナトリウムが生成することが分かった。また、当該反応の速度論評価を実施し、活性化エネルギーを求めた。

In a sodium-cooled fast reactor (SFR), sodium-concrete reaction (SCR) may probably occur when liquid sodium from cooling system spilled into the floor may lead to fail the steel liner as protector of the structural concretes. The structural concretes of SFR comprises siliceous concreate as main body of reactor structure and perlite concrete placed between the steel liner and the siliceous concrete serving as a protector and an insulator, respectively. Therefore, the reaction behaviour between the perlite concrete and liquid sodium in the early stage of SCR should be focused. In this study, for the first step of elucidation on SCR, thermal behaviour of sodium-calcium hydroxide reaction was investigated using a differential scanning calorimetry (DSC). It was revealed that the reaction between Na(l) and Ca(OH)(s) initiates at approximately 550 K, producing the product layer composed of CaO(s) and NaOH(s), which is evident from XRD pattern of solid product after DSC measurement. The kinetic consideration of the cited reaction was carried out to obtain the activation energy.