CFD analysis of natural circulation in LBE-cooled accelerator-driven system

LBE冷却型加速器駆動システムにおける自然循環時のCFD解析

菅原 隆徳  ; 渡辺 奈央  ; 小野 綾子 ; 西原 健司  ; 市原 京子*; 半澤 光平*

Sugawara, Takanori; Watanabe, Nao; Ono, Ayako; Nishihara, Kenji; Ichihara, Kyoko*; Hanzawa, Kohei*

JAEAでは、LBE冷却型加速器駆動システム(ADS)の研究開発を行っている。ADSは既存の臨界炉に比べて安全性が高いと考えられているが、除熱源喪失事象が生じた場合、炉心の破損の可能性が考えられる。これを回避するためDRACS(直接炉心補助冷却システム)を備えているが、その機器信頼性と流量確保が重要となる。本研究では、CFD解析によりADS炉容器内の自然循環時の流れを解析し、DRACS熱交換器位置において十分な流量が確保されるかを検討した。解析の結果、定格運転時の約4.3%の流量が確保され、崩壊熱が適切に除去されることを確認した。また、炉容器内のLBE流れを整えるために設けられている内筒の有無が、自然循環時にどのような影響を与えるかについても検討を行った。

Japan Atomic Energy Agency (JAEA) has investigated an accelerator-driven system (ADS) to transmute minor actinides (MAs) included in high level wastes discharged from nuclear power plants. The ADS is a lead-bismuth cooled tank-type reactor with 800 MW thermal power. It is supposed that the ADS is safer than conventional critical reactors because it is operated in a subcritical state. The previous study performed the transient analyses for the typical ADS accidents such as unprotected loss of flow or beam overpower. It was shown that all calculation cases except loss of heat sink (LOHS) satisfied the no-damage criteria. To avoid the damage by LOHS, the ADS equips Direct Reactor Auxiliary Cooling System (DRACS) to remove the decay heat. The most important points of a DRACS operation are its reliability and to ensure the flowrate in a natural circulation state. This study aims to perform the CFD analysis of the natural circulation to clarify the flowrate in the ADS reactor vessel.