ナトリウム冷却高速炉におけるDPD法を用いた溶融燃料挙動解析手法の開発

Development of the analytical method using DPD simulation for molten fuel behaviour in a sodium-cooled fast reactor

曽根原 正晃 ; 内堀 昭寛 ; 青柳 光裕 ; 川田 賢一   ; 高田 孝  ; 大島 宏之

Sonehara, Masateru; Uchibori, Akihiro; Aoyagi, Mitsuhiro; Kawada, Kenichi; Takata, Takashi; Ohshima, Hiroyuki

ナトリウム(Na)冷却高速炉において、炉心損傷を伴うシビアアクシデント(SA)発生時の際、炉心部から溶融燃料が流出し、ナトリウム冷却材との相互作用により数mm数百オーダーの径を持つデブリ粒子として固化し、原子炉容器下部に堆積する可能性が指摘されている。そのためSA事象進展を評価する際にはこうしたデブリ粒子の挙動を適切に把握する必要がある。これらの要求に応えるため、原子力機構で開発中のSAを含むNa高速炉事故シナリオでの炉内/炉外事象を一貫解析可能なツールSPECTRAコードの一部として、粒子法の一種である散逸粒子動力学(DPD: Dissipative Particle Dynamics)を用いた溶融燃料挙動解析コードを開発した。本報では解析コード開発に使用したモデルの詳細について述べた後、デブリ粒子の炉心下部への堆積を模擬したテスト解析の結果について報告する。

In sodium-cooled fast reactors (SFRs), it has been pointed out that molten fuel may be discharged from the core during a severe accident (SA) accompanied by core damage, and may solidify into debri particles with diameters ranging from several millimeters to several hundred micrometers due to interaction with the sodium coolant and accumulate at the bottom of the reactor vessel. Therefore, it is necessary to understand the behavior of such debri particles appropriately to evaluate the SA event progression. To meet these requirements, a molten fuel behavior analysis code using dissipative particle dynamics (DPD), a kind of particle method, has been developed as a part of the SPECTRA code, tool for consistent analysis of in-vessel and ex-vessel events in sodium fast reactor accidents. In this study, it was found that the new analyses code can reproduce sedimentation behavior of particles by adding a new stress term in the shear direction.