Reaction behavior between sodium and molten salt caused by the heat transfer tube failure for sodium-cooled fast reactor coupled to thermal energy storage system

ナトリウム-溶融塩熱交換器を有する蓄熱式高速炉の伝熱管破損に起因したナトリウムと溶融塩の反応挙動

佐藤 理花; 近藤 俊樹   ; 梅田 良太 ; 菊地 晋  ; 山野 秀将   

Sato, Rika; Kondo, Toshiki; Umeda, Ryota; Kikuchi, Shin; Yamano, Hidemasa

ナトリウム-溶融塩熱交換器を有する蓄熱式高速炉では、ナトリウム(Na)と硝酸系溶融塩との熱交換器伝熱管破損に至るような仮想的な事故条件下でNaと硝酸系溶融塩との化学反応が発生する可能性がある。そのため、Naと硝酸系溶融塩の反応挙動は、当該システムの安全評価上、重要現象の一つとなっている。本研究では、NaNO-KNOの混合物であるソーラーソルトとNaとの反応試験を実施し、得られた試験結果について検討を行った。その結果、ソーラーソルトの融解が開始した後にNaとの反応が起こることが分かった。試験で得られた反応温度から、速度論的パラメータおよび反応速度を求め、Na-水反応と比較した。その結果、Na-溶融塩熱交換器を有する蓄熱式高速炉の伝熱管破損時の事象進展で勘案すべき時間スケール内にソーラーソルト反応が生じ得ることが分かった。

In a sodium-cooled fast reactor (SFR) coupled to thermal energy storage (TES) system, the reaction between nitrate molten salt as thermal energy storage medium and sodium (Na) as reactor coolant might occur under postulated accidental conditions. Thus, the reaction behavior of Na-nitrate molten salt is one of the important phenomena in terms of safety assessment of the SFR with TES system. In this study, reaction experiments on Na-solar salt were performed. It was found that Na-solar salt reaction occurred after the NaNO-KNO eutectic melting. Based on the measured reaction temperature, the kinetic parameters and rate constant were obtained and compared with the sodium-water reaction. From the results of kinetic analysis, it could be assumed that Na-solar salt reaction occurs in the time frame of the accident such as the failure of heat transfer tube of sodium-molten salt heat exchanger.