Measurement of non-condensable gas in a PWR small-break LOCA simulation test with LSTF for OECD/NEA ROSA project and RELAP5 post-test analysis

竹田 武司; 大和田 明彦; 中村 秀夫

Experimental Thermal and Fluid Science, 51, p.112 - 121, 2013/11

https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2013.07.007

An OECD/NEA ROSA Project experiment was conducted simulating a PWR 0.5% cold leg small-break LOCA with steam generator (SG) secondary-side depressurization as an accident management measure to clarify such complex phenomena as non-uniform flow among the SG U-tubes under natural circulation (NC) with air as non-condensable gas. The gas concentration was measured at the SG outlet plenum by using a gas measurement device to measure oxygen concentration in steam-gas mixture that is developed employing a Zirconia sensor. Non-uniform flow behaviors were observed in the SG U-tubes with non-condensable gas ingress. Air concentration in steam-gas mixture was estimated to be about 40-50% at the SG outlet plena after the U-tube downflow side became empty of liquid. Post-test analysis by RELAP5/MOD3.2.1.2 code revealed that the code underpredicts the primary pressure a bit after the gas inflow with some discrepancies in the SG U-tube liquid level and the NC mass flow rate.

非凝縮ガス濃度測定装置の開発

竹本 昌史; 中村 秀夫; 大和田 明彦; 大崎 秀機

JAEA-Research 2006-009, 48 Pages, 2006/03

JAEA-Research-2006-009.pdf:3.8MB

加圧水型原子炉のLOCA時には、ECCSの蓄圧タンクから注水が終了した後、同タンクから1次系に加圧用の窒素(N)ガスが流入する。ガスは圧力容器の頂部や蒸気発生器などに蓄積されるため、蒸気発生器伝熱管内での凝縮熱伝達が阻害され、蒸気発生器の2次側減圧による1次系の減圧が充分に行えない事態が生じ得る。これらの熱伝達,減圧阻害を解明するためには、蓄積した非凝縮ガスの濃度の定量的な把握が必要とされているがNガスの濃度を直接測定することは難しいため、測定例は見あたらない。このような背景より、ROSA計画大型非定常実験装置(LSTF)の圧力容器や蒸気発生器に蓄積されるガス濃度が直接測定できるようにするため、蓄圧タンクの加圧ガスに空気を用いるとともに、ジルコニア酸素濃度計,タービンメータ等を組合せ,微少流量の高温、高圧状態の蒸気中の酸素濃度が計測できる非凝縮ガス濃度測定装置を開発した。本報では本装置の概要,操作方法等を紹介するとともに、性能確認のため各種条件下で行った酸素濃度測定結果及びLSTFへの適用性について報告する。

セメント系材料の水理・力学特性の変遷に関する研究II

武井 明彦*; 大和田 仁*; 藤田 英樹*; 根岸 久美*; 日比谷 啓介*; 横関 康祐*; 渡邉 賢三*

JNC TJ8400 2003-046, 282 Pages, 2003/02

JNC-TJ8400-2003-046.pdf:8.26MB

セメント系材料の変遷はベントナイトや岩盤の変遷にも大きな影響を与える。本研究ではニアフィールド水理場の長期的変遷評価システムモデル構築のためのデータ取得を目的とし、通水法ならびに浸漬法によってセメント系材料の変質供試体を作製しその物理的・化学的特性を評価した。また、モデル化に必要な「変遷指標間の関係」を確認した。研究成果を以下に示す。1 水セメント比85%ならびに105%のセメントペーストを試料として、通水法による劣化過程での各特性の変化を取得した。液固比500 にて試料全体のCa の約60%が溶出し、ポルトランダイトの溶脱が固相の力学特性や空隙率の変遷に大きく寄与していることがわかった。しかしながら、劣化部のCa 溶出率は通水初期の段階から60%以上の高い値となり、力学特性との間には信頼性の高い関係を導くことは困難であった。一方、空隙率および透水係数と圧縮強度との間には高い相関性が認められ、モデル化に有効である可能性が示された。またビッカース硬度もCa 溶出率との間の相関性は低かったが、圧縮強度や水理特性との間には相関性が認められた。2 水セメント比が40%から105%までのセメントペースト試料をイオン交換水に浸漬し、拡散による物理特性(透水係数、圧縮強度)変化について実験的に検討した。その結果、空隙率は、浸漬64 週で初期値より1020%程度増加することが分かった。また、カルシウム溶出率と空隙率の関係と、空隙率と透水係数の既往の検討結果を用い、カルシウム溶出時の透水係数を推定した。ビッカース硬度は、水と接していた表面近傍で低下する結果となり、浸漬期間が長く、水セメント比の大きい方がその低下領域が大きいことが分かった。また、ビッカース硬度や空隙率と力学特性(圧縮強度、ヤング係数)の関係を用い、カルシウム溶出時の力学特性を推定する手法を提案した。これらの結果から、通水法と浸漬法相互のデータを補完する可能性が示された。また、各変遷指標間の関係から、水理・力学特性に関するモデル化手法の方向性を示した。

セメント系材料に対する硝酸塩等の影響評価II

武井 明彦*; 大和田 仁*; 藤田 英樹*; 根岸 久美*

JNC TJ8400 2003-041, 152 Pages, 2003/02

JNC-TJ8400-2003-041.pdf:7.93MB

TRU廃棄物は硝酸イオンを含むものがあり,TRU廃棄物処分システムの性能評価を行うためには,処分システム構成要素に与える硝酸塩の影響を評価する必要がある。本研究では,セメント系材料に対する硝酸イオンおよび硝酸塩起源の化学物質の影響を評価した。昨年度の検討において,硝酸ナトリウム溶液を通水したケースでは,イオン交換水を通水したケース(以下,ブランク)よりもカルシウム溶脱による変質が促進されることがわかった。今年度は,さらに変質が進行した試料の透水係数,物理的・化学的特性を評価した。また,還元環境下では硝酸イオンからアンモニアへと化学形態が変遷することが考えられる。そこで,アンモニア含む溶液がセメント系材料の変質に与える影響についても評価した。本年度の研究成果を以下に示す。1) セメント系材料の変遷に及ぼす硝酸イオンの影響の検討 硝酸ナトリウム水溶液を用いて通水試験を行い,各特性の変化を評価した。その結果,硝酸ナトリウムを通水している期間は,液相のカルシウム濃度がブランクよりも高く,カルシウムの溶脱による試料の変質が促進されることがわかった。さらにイオン交換水を通水し,試料の変質を評価した結果,積算液固比が大きくなるにつれて,化学的特性及び物理的特性ともにブランクとの差異は小さくなった。2) セメント系材料の変遷に及ぼすアンモニアの影響の検討 硝酸イオンとアンモニアを含む溶液を用いて通水試験を行い,各特性の変化を評価した。その結果,硝酸ナトリウム,アンモニア水溶液を通水中は,液相のカルシウム濃度がイオン交換水を通水したケースより高く,1mol/1硝酸ナトリウム水溶液を通水したケースと同程度であった。固相の変質も硝酸ナトリウム水溶液を通水したケースと同程度であると判断された。また,透水係数についても硝酸ナトリウム水溶液を通水したケースと同じ傾向が見られ,通水液を硝酸ナトリウム,アンモニア水溶液からイオン交換水に切り替えた直後に透水係数が増大した。以上から,アンモニアがセメントの変質に与える影響は認められなかった。

模擬廃棄物固化体の有害物質による影響分析

長安 孝明; 武井 明彦*; 大和田 仁*; 根岸 久美*; 須藤 俊吉*

JNC TJ6420 2002-007, 28 Pages, 2002/03

JNC-TJ6420-2002-007.pdf:0.38MB

製錬転換施設において発生する放射性廃棄物は、可能であれば除染して有効利用することを考えているが、除染困難な物質については、固化体として保管管理することがひとつの方策である。しかしながら、製錬転換施設から発生する廃棄物の多くは、微量の硫酸根やフッ素を含有しているため、これらの固化体の長期保管に際しては、これら有害物質の影響を考慮しておく必要がある。本報告では、核燃料サイクル開発機構殿が作製し、各種条件において保管しておいた試験用固化体について浸出試験を行い、固化体より溶出する可能性のある有害物質を溶出挙動を検討した。

セメント系材料に対する硝酸塩等の影響評価-研究概要-

武井 明彦*; 大和田 仁*; 藤田 英樹*; 根岸 久美*

JNC TJ8400 2002-033, 60 Pages, 2002/02

JNC-TJ8400-2002-033.pdf:1.97MB

TRU廃棄物には、硝酸イオンはじめとして種々の化学物質を含むものがあり、これらの物質が処分システム構成要素へ与える影響を評価しておく必要がある。また、地下深部は地表面より温度が高く、TRU廃棄物には放射性物質の崩壊熱により発熱しているものもあることから、温度上昇が処分システム構成要素へ与える影響を評価しておくことも必要である。そこで、本研究では、TRU廃棄物処分システムの構成要素であるコンクリートに着目し、セメント系材料の溶解変質に対する硝酸イオンおよび、再処理過程で発生するプロセス廃液をホウ酸塩で固化した固化体(以下、ROBE固化体という)起源の化学物質の影響を評価した。また併せて、セメント系材料の熱変質の影響を評価した。本年度の研究成果を以下に示す。1)セメント系材料の化学的変遷に及ぼす硝酸イオンの影響の検討 硝酸イオンがセメント系材料の変質に与える影響を評価するために、硝酸ナトリウム水溶液を用いて通水試験を行い、各特性の変化を評価した。その結果、1mol/l硝酸ナトリウム水溶液を通水中は、液相のカルシウム濃度がイオン交換水を通水した場合(以下、ブランク)より高かったこと、及び、固相のカルシウム溶脱による変質領域が広かったことから、ブランクよりカルシウムの溶出量が多く、カルシウム溶脱による試料の変質は促進されたと判断された。また、透水係数は、硝酸ナトリウム水溶液の通水中はブランクを下回ったが、その後、通水液を硝酸ナトリウム水溶液からイオン交換水に切り替えた直後に急増し、積算液固比180の時点ではブランクをやや上回る傾向が見られた。空隙率は、同一液固比では硝酸ナトリウム水溶液を通水した場合のほうがブランクよりもやや大きくなり、圧縮強度は低くなった。また、AFm相は通水初期の段階で硫酸塩型に転移し、硝酸イオンの供給がなくなると、炭酸塩型に変化することがわかった。

セメント系材料の水理・力学特性の変遷に関する研究

武井 明彦*; 大和田 仁*; 藤田 英樹*; 根岸 久美*; 竹田 哲夫*; 横関 康祐*; 渡邊 賢三*

JNC TJ8400 2002-028, 218 Pages, 2002/02

JNC-TJ8400-2002-028.pdf:4.6MB

セメント系材料の変遷はベントナイトや岩盤の変遷にも大きな影響を与える。本研究ではニアフィールド水理場の長期的変遷評価システムモデル構築のためのデータ取得を目的とし、通水法ならびに浸漬法によってセメント系材料の変質供試体を作製しその物理的・化学的特性を評価した。また、モデル化に必要な「変遷指標間の関係」を確認した。本年度の研究成果を以下に示す。1.水セメント比85%ならびに105%のセメントペーストを試料として、通水法による劣化過程での各特性の変化を取得した。実測の見かけ透水係数から劣化部の透水係数を計算により求めた結果、通水量が増すに従って透水係数は増大した。また、通水により空隙率は劣化の顕著な試料上部で増加した。圧縮強度は劣化の顕著な試料上部の値を示すものと考えられ、通水によりその値は低下した。空隙率、劣化部の透水係数、ビッカース硬度の各要因は、圧縮強度との間には相関が認められた。固相の化学的評価、通水液のpHやCa濃度から劣化過程はポルトランダイトが溶出する領域であると考えられ、固相物性の変化はポルトランダイトの溶出に起因するものと推測された。2.水セメント比が40%から105%までのセメントペースト試料をイオン交換水に浸漬し、拡散による物理特性(透水係数、圧縮強度)変化について実験的に検討した。その結果、浸漬12週の時点では溶出率が小さく、劣化が顕著に進んでいないものの、以下のことが分かった。空隙率は、浸漬12週で初期値より410%程度増加しており、水セメント比が大きいと空隙率の増加量が大きいことが分かった。また、空隙率と透水係数の既往の検討結果を用い、カルシウム溶出時の透水係数を推定した。ビッカース硬度は、水と接していた表面近傍で低下する結果となり、水セメント比の大きい方がその低下領域が大きいことが分かった。また、ビッカース硬度と力学特性(圧縮強度、ヤング係数)の関係を用い、カルシウム溶出時の力学特性を推定した。これらの結果から、通水法と浸漬法相互のデータを補完する可能性が示された。各変遷指標間の関係を導くために、今後さらに整備が必要なデータセットが明らかとなった。

セメントへの殿物混合量の影響調査

長安 孝明; 武井 明彦*; 大和田 仁*; 根岸 久美*; 須藤 俊吉*

JNC TJ6430 2002-002, 38 Pages, 2002/02

JNC-TJ6430-2002-002.pdf:2.33MB

人形峠環境技術センター製錬転換施設で発生した殿物は、今後の最終処分を見越して合理的な対応をしていく必要がある。そこで、殿物を人形峠環境技術センター殿所内で処理、あるいは利用できる可能性がある技術を検討することとした。平成13年度は、固体状の放射性廃棄物を固型化するためのセメントに殿物を混合あるいは混練し、固型化材料として使用可能であるか調査・検討した。

Data report for ROSA-IV LSTF 10% hot leg break experiment Run SB-HL-04

久木田 豊; 中村 秀夫; 佐伯 宏幸*; 平田 和男*; 後藤 博樹*; 安濃田 良成; 熊丸 博滋; 鈴木 光弘; 浅香 英明; 与能本 泰介; et al.

JAERI-M 91-040, 122 Pages, 1991/03

JAERI-M-91-040.pdf:3.42MB

本報は、ROSA-IV計画大型非定常試験装置(LSTF)による10%ホットレグ破断(上向き破断)実験Run SB-HL-04の実験データをまとめたものである。本実験は、破断口向きの効果に関する実験シリーズ(合計3ラン)の一つとして実施され、他の2回の実験では、それぞれ同一破断面積の水平方向破断及び下向き破断を模擬した。また本実験では、高圧注入系と補助給水系の不作動を想定した。本実験の特徴的な実験結果としては、ループ間の非対称挙動、コールドレグ・上部ダウンカマ内の減圧沸騰、蓄圧注入系作動後のコールドレグ内凝縮減圧などがあげられる。

高圧蒸気中の酸素濃度測定装置の開発

中村 秀夫; 大和田 明彦; 大崎 秀機

no journal, , 

高圧蒸気中の酸素濃度を測定するため、ジルコニア酸素濃度計を用いた測定装置を製作するとともに、ROSA/LSTFにおいて蒸気中の酸素濃度測定を行い、装置性能及びROSA/LSTF実験への適用性を確認した。