Analysis on cooling behavior for simulated molten core material impinging to a horizontal plate in a sodium pool

ナトリウムプール中の水平平板に衝突した模擬溶融炉心物質の冷却挙動に関する解析

松下 肇希*; 小林 蓮*; 堺 公明*; 加藤 慎也  ; 松場 賢一  ; 神山 健司  

Matsushita, Hatsuki*; Kobayashi, Ren*; Sakai, Takaaki*; Kato, Shinya; Matsuba, Kenichi; Kamiyama, Kenji

ナトリウム冷却高速炉の炉心損傷事故では、溶融炉心物質が制御棒案内管などの流路を通って炉心領域下の炉心入口プレナムに流れ込む。溶融炉心物質は、ナトリウム冷却材中で入口プレナムの水平板に衝突しながら冷却・固化されると見込まれる。しかし、水平構造物に衝突した溶融炉心物質の固化・冷却挙動は、これまで十分に研究されていなかった。これはナトリウム冷却高速炉の安全性向上の観点から解明が必要な重要な現象である。そこで、カザフスタン共和国国立原子力センターの実験施設において、模擬溶融炉心物質(アルミナ: AlO)を水平構造物上のナトリウム冷却材中に放出する一連の実験が実施された。本研究では、高速炉安全性評価コードSIMMER-IIIを用いたナトリウム試験に関する解析を実施した。解析結果と実験データの比較により、解析手法の妥当性を確認した。また、ジェット衝突時の冷却・固化挙動を評価した。その結果、溶融炉心物質が水平板への衝突により破砕され、周辺部へ飛散することがわかった。さらに、模擬溶融炉心物質がナトリウムによって冷却され、その後、固化することを確認した。

During core disruptive accidents in sodium-cooled fast reactors, the molten core material flows through flow channels, such as the control rod guide tubes, into the core inlet plenum under the core region. The molten core material can be cooled and solidified while impinging on a horizontal plate of the inlet plenum in a sodium coolant. However, the solidification and cooling behaviors of molten core materials impinged on a horizontal structure have not been sufficiently studied thus far. Notably, this is an important phenomenon that needs to be elucidated from the perspective of improving the safety of sodium-cooled fast reactors. Accordingly, a series of experiments on discharging a simulated molten core material (alumina: AlO) into a sodium coolant on a horizontal structure was conducted at the experimental facility of the National Nuclear Center of the Republic of Kazakhstan. In this study, analyses on the sodium experiments using SIMMER-III as the fast reactor safety evaluation code were performed. The analysis methods were validated by comparing the results and experiment data. In addition, the cooling and solidification behaviors during jet impingement were evaluated. The results indicated that the molten core material exhibited fragmentation owing to the impingement on the horizontal plate and was, therefore, scattered toward the periphery. Furthermore, the simulated molten core material was evaluated to be cooled by sodium and subsequently solidified.