原子力における水素安全対策高度化ハンドブック(第2版); 水素挙動統合解析システムの構築とPWR実機への活用について

Handbook of Advanced Nuclear Hydrogen Safety (2nd Edition); Development of hydrogen behavior integrated analysis system and application to actual PWR

寺田 敦彦  ; Thwe Thwe, A.  ; 日野 竜太郎*

Terada, Atsuhiko; Thwe Thwe, A.; Hino, Ryutaro*

福島第一原子力発電所(1F)事故における水素爆発を鑑みて、原子力技術者が理解しておくべき水素安全技術の先端を示しつつ、原子力技術者に協力すべき燃焼、爆発専門家向けに原子力における水素安全の要点を示し、事故後廃棄物管理までを視野に入れて放射線分解水素に関する情報を加えた「原子力における水素安全対策高度化ハンドブック(第1版)」を2017年に刊行した。その後、水素安全対策の合理的な高度化や水素安全評価のさらなる信頼性の向上に向けて、原子力事故の解析に一般的に用いられている集中定数系(LP)コードを補完するうえで、原子炉格納容器(CV)内での局所的な水素濃度上昇の影響、着火後の火炎伝播加速による安全機器の健全性、水素処理対策の妥当性等をより精緻、かつ定量的に評価できる数値流体力学(CFD)解析への期待が高まっている。これは、さらなる水素挙動や爆発燃焼に対する安全性の向上を図ることが必要とされていることにもよる。そこで、加圧水型原子炉(PWR)を対象に、シビアアクシデント(SA)時の水素拡散から爆発燃焼、それによるCV及びCV内の安全機器への影響評価までを解析するCFDによる水素挙動統合解析システムを構築・整備してきた。ここで得られたSA安全対策、それによる水素安全向上、安全対策を踏まえた水素発生事故に対する安全性評価などについて、LP及びCFD解析の役割や活用例を本「原子力における水素安全対策高度化ハンドブック(第2版)」にまとめた。ハンドブックに記載した実機サイズの解析結果は解析モデル等を既存の代表的な小型、中型、大型試験による照合解析で確認した。

In the aftermath of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station accident, safety measures against hydrogen in severe accident has been recognized as a serious technical problem in Japan. As one of efforts to form a common knowledge base between nuclear engineers and experts on combustion and explosion, we issued the "Handbook of Advanced Nuclear Hydrogen Safety (1st edition)" in 2017. For improvement of the rational advancement of hydrogen safety measures and further reliability of hydrogen safety evaluation, a CFD analysis is highly expected to produce more precisely and quantitative results. We have been developing an integrated CFD analysis code system which can analyze hydrogen diffusion, explosion-combustion and structural integrity at the severe accident especially for pressurized water reactors (PWRs). We organized the role of LP and the CFD analyses and their utilization examples of hydrogen safety validation. Based on these results, we made the "Handbook of Advanced Nuclear Hydrogen Safety (2nd volume)". The analysis results of real scale PWR described in 2nd volume are confirmed by cross-analysis models and existing data obtained through representative small, medium and large-scale tests.