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神山 健司; 磯崎 三喜男; 今堀 真司; 小西 賢介; 松場 賢一; 佐藤 一憲
JAEA-Research 2008-059, 33 Pages, 2008/07
JAEA-Research-2008-059.pdf:10.82MB
ナトリウム冷却高速増殖炉での炉心崩壊事故では、溶融炉心物質の一部が冷却材流路等を通じて炉心外へ流出する。溶融炉心物質との混合によって冷却材が急速に蒸発し、流路内から液相冷却材が排除されると、その後に流路内へ流入する溶融炉心物質の固化閉塞が生じ難くなる。このような特性は、溶融炉心物質の炉心外への早期流出を促進し、厳しい再臨界に至る可能性を低減する。本研究では、模擬物質として低融点合金と水を用い、実機相当以上の長さを有する冷却材流路を通じた融体流出試験を実施した。その結果、融体流入初期に冷却材の一部が蒸発し、下部プレナムとの接続部付近まで蒸気が拡大することで流出経路全体がボイド化することが示された。さらに、冷却材ボイド領域の拡大開始条件は融体熱量と冷却材の顕熱比並びに冷却材の加熱領域高さにて整理できること、並びに、冷却材ボイド領域の拡大過程での熱収支評価に際しては、流路壁面への膜状凝縮熱伝達を考慮する必要があることが明らかになった。これらの知見を酸化物融体とナトリウムを用いた試験結果に適用したうえで、実機条件における流出経路のボイド領域拡大挙動について考察した。
松場 賢一; 今堀 真司; 磯崎 三喜男
JNC TN9400 2004-051, 79 Pages, 2004/11
JNC-TN9400-2004-051.pdf:5.55MB
高速炉の炉心損傷事故時の再臨界問題を排除するためには、炉心損傷の早期に大量の溶融燃料が制御棒案内管や設計オプションの一つとして提案されている集合体内部ダクトなどの冷却材流路を通じて炉心外へ流出することを示すことが有効である。本研究では、溶融燃料を模擬した融体(低融点合金Uアロイ78:成分60wt%Bi-20wt%Sn-20wt%In,密度 8700kg/m3,融点78.8
)を冷却材流路(水槽)へ放出させる試験を実施し、流出経路内の冷却材の一部が溶融燃料プール中へ逆流し得る実機に即した条件での燃料流出に関する基本メカニズムを解明することを目的する。本試験を通じて、以下に示す試験結果を得た。(1)燃料流出経路を模擬した冷却材流路内での融体と冷却材の熱的相互作用に伴って発生する圧力によって、冷却材が融体プール中へ逆流する。(2)融体プール中へ逆流した冷却材の蒸気圧によって融体プールが加圧され、冷却材流路への融体放出が加速される。(3)冷却材のサブクール度が低い条件では、冷却材の逆流による融体プールの加圧が顕著になり、冷却材流路への平均融体放出率が増加する傾向がある。これらの試験結果から、冷却材が融体プール中へ逆流することによって融体プールが加圧され、結果的に融体放出が加速される現象を確認した。また、本試験で明らかにした冷却材の逆流のメカニズムを実機条件において想定される圧力条件に適用し、冷却材の逆流により燃料流出が加速される可能性を確認した。
松場 賢一; 今堀 真司; 磯崎 三喜男
The 6th International Conference on Nuclear Therma, 313 Pages, 2004/10
高速炉の炉心損傷時の燃料流出過程における冷却材ボイド拡大挙動を解明するため、溶融した低融点合金(模擬燃料)を冷却材流路(水槽)へ側面から放出させる試験を行い、溶融燃料/ナトリウム条件では燃料排出過程の早期に冷却材流路がボイド化することによって速やかな燃料流出が起きる可能性が高いことを確認した。
松場 賢一; 今堀 真司; 磯崎 三喜男
JNC TN9400 2003-001, 50 Pages, 2003/03
JNC-TN9400-2003-001.pdf:2.14MB
高速炉の炉心損傷事故において有意な機械的エネルギー放出を伴う再臨界が発生する可能性(再臨界問題)排除するためには、炉心損傷過程の早期に溶融燃料が炉心外へ速やかに排出されることを示すことが有効である。本試験研究では、炉心外への燃料排出挙動に関連する個別現象を解明することを目的として、模擬燃料融体(Wood's Metal:密度
8500kg/立方メートル、融点78.8度C)を、排出経路(制棒案内管など)を模擬した冷却材(水)流路へのその側面から放出させる試験を実施している。 第一報では、融体放出部近傍の冷却材のサブクール度が十分に減少して初めて、燃料排出を促進する効果をもつボイド拡大が開始されること、及び実機条件では早期にボイド拡大が開始される可能性が高いことを明らかにした。 本報では、実機条件と関連するパラメータに対するボイド拡大挙動の依存性を試験データから分析した。 試験結果は以下に示すとおりである。 (1)冷却材流路の上部に大きな圧力損失が生じる条件の下では、ボイドの拡大が下方向へ導かれ、流路下部プレナムまで達することを確認した。この結果は、排出経路上部に大きな圧力損失を設ける設計条件が燃料排出を促進にする上で有利であることを示している。 (2)ボイド拡大が開始されるまでに必要な融体エンタルピー投入量は、その投入速度あるいは融体と冷却材の混合時間に依らずほぼ一定となる傾向が見られ、その一方で冷却材のサブクール度に強く依存する。この傾向は、ボイド拡大の開始が融体と冷却材との熱バランスに支配されることを示唆する。 (3)ボイド拡大は継続的な蒸気圧形成により維持される。この蒸気圧は融体エンタルピー投入速度とともに増加する。 (4)融体エンタルピー投入速度の増加に伴い、下部プレナムへの継続的な融体移行を不安定化する効果をもつFCI(Fuel-Coolant Interaction : 溶融燃料-冷却材熱的相互作用)事象がボイド境界で発生する可能性が高くなる。 これらの結果から実機条件では排出経路全域にわたるボイド拡大が速やかに実現する可能性が高いことを確認した。その一方で、速やかな燃料排出を示すためには、ボイド境界でのFCI挙動及びそれらが燃料移行挙動に及ぼす影響を解明することも重要と認識された。
神山 健司; 磯崎 三喜男; 今堀 真司; 佐藤 一憲
no journal, ,
高速炉の炉心崩壊事故時における溶融燃料の流出挙動解明は、事故影響評価の観点で重要である。溶融燃料は冷却材流路に流入し炉心領域外へと向かうが、この流出経路には冷却材ナトリウムが存在するため、燃料は構造壁とナトリウム双方に冷却される。一方で、燃料からの伝熱による冷却材蒸発によって流路がボイド化するため、流出燃料量とボイド領域の関係を把握することは、流出経路における溶融燃料の熱損失評価の観点で重要である。そこで、本研究では、燃料模擬物質として低融点合金を、冷却材模擬物質として水を用いた試験結果に基づき、投入された融体熱量とボイド領域拡大の関係を定量化し、ナトリウムを用いた試験結果を分析した。その結果、溶融燃料の初期流出過程にて冷却材流路は全長に渡ってボイド化し、主たる燃料流出過程はボイド化した流路内で生じるため、燃料の熱損失は構造材との伝熱が支配的であるという結論を得た。
磯崎 三喜男; 今堀 真司; 神山 健司; 佐藤 一憲
no journal, ,
高速炉の炉心崩壊事故時における溶融燃料の流出挙動解明は、事故影響評価の観点で重要である。溶融燃料は冷却材流路に流入し炉心領域外へと向かうが、この流出経路には冷却材ナトリウムが存在するため、燃料は構造壁とナトリウム双方に冷却される。一方で、燃料からの伝熱による冷却材蒸発によって流路がボイド化するため、流出燃料量とボイド領域の関係を把握することは、流出経路における燃料熱損失評価の観点で重要である。本研究では、EAGLEプロジェクトの一環として冷却材ボイド拡大挙動を把握するため、溶融した低融点合金を水流路に放出させる可視化試験を下方向への流出経路の長さの影響に着目して実施した。その結果、冷却材ボイドは融体流出に伴って2.5m程度の長さ(実機条件相当)の流出経路でも拡大すること、及び拡大後のボイド境界は流出経路出口付近に形成されることを確認した。本試験データは分析評価を行い、ナトリウムを用いたEAGLE炉外試験等の比較を通じて、実機での現象予測に活用される。