A Mechanism for spontaneous thermal fragmentation with coolant entrainment during the molten fuel-sodium interaction

溶融燃料-ナトリウム相互作用における冷却材エントレイントを伴う自発的な熱的微粒化メカニズム

Johnson, M.*; 江村 優軌; Clavier, R.*; 松場 賢一  ; 神山 健司  ; Brayer, C.*; Journeau, C.*

Johnson, M.*; Emura, Yuki; Clavier, R.*; Matsuba, Kenichi; Kamiyama, Kenji; Brayer, C.*; Journeau, C.*

日本原子力研究開発機構のMELT施設において、ナトリウム冷却高速炉のシビアアクシデントに関連する溶融ジェットとナトリウムの相互作用に関する実験的研究を行っている。X線イメージングと固化物の分析により、溶融ジェットと冷却材の接触界面でクラストが急速に形成され、熱的な微粒化現象が誘発されることを明らかにした。溶融ジェットと冷却材の接触界面における熱伝達計算の結果は、冷却材との接触から数ミリ秒以内に固体クラストが形成されることを示唆している。X線イメージングを用いたジェットへの冷却材巻き込みの観察結果に基づき、熱的な微粒化が促進されるメカニズムを提案する。

Experimental investigation of two interactions between molten jets and sodium, pertaining to severe accidents in a sodium-cooled fast reactor, have been undertaken at the JAEA's MELT facility. X-ray imaging and debris analysis reveal rapid formation of a crust at the melt coolant-interface, instigating thermal fragmentation events. Heat transfer calculations at the jet-coolant interface, supported by particle tracking velocimetry characterisation of the jet velocity, imply the formation of a solid crust within milliseconds of contact with the coolant. A mechanism for enhanced thermal fragmentation is proposed, inspired by observations from the X-ray imaging of coolant entrainment into the jet.