Numerical simulation of the solid particle sedimentation and bed formation behaviors using a hybrid method

Sheikh, M. A. R.*; Liu, X.*; 松元 達也*; 守田 幸路*; Guo, L.*; 鈴木 徹*; 神山 健司

Energies (Internet), 13(19), p.5018_1 - 5018_15, 2020/10

https://doi.org/10.3390/en13195018

In the safety analysis of sodium-cooled fast reactors, numerical simulations of various thermal-hydraulic phenomena with multicomponent and multiphase flows in core disruptive accidents (CDAs) are regarded as particularly difficult. In the material relocation phase of CDAs, core debris settle down on a core support structure and/or an in-vessel retention device and form a debris bed. The bed's shape is crucial for the subsequent relocation of the molten core and heat removal capability as well as re-criticality. In this study, a hybrid numerical simulation method, coupling the multi-fluid model of the three-dimensional fast reactor safety analysis code SIMMER-IV with the discrete element method (DEM), was applied to analyze the sedimentation and bed formation behaviors of core debris. Three-dimensional simulations were performed and compared with results obtained in a series of particle sedimentation experiments. The present simulation predicts the sedimentation behavior of mixed particles with different properties as well as homogeneous particles. The simulation results on bed shapes and particle distribution in the bed agree well with experimental measurements. They demonstrate the practicality of the present hybrid method to solid particle sedimentation and bed formation behaviors of mixed as well as homogeneous particles.

Sedimentation behavior of mixed solid particles

Sheikh, Md. A. R.*; Son, E.*; 神山 基紀*; 森岡 徹*; 松元 達也*; 守田 幸路*; 松場 賢一; 神山 健司; 鈴木 徹*

Journal of Nuclear Science and Technology, 55(6), p.623 - 633, 2018/06

https://doi.org/10.1080/00223131.2017.1419888

高速炉の炉心損傷事故時に形成される燃料デブリの堆積高さは、燃料デブリの冷却性及び臨界特性に影響する重要な要因の一つである。本研究では、燃料デブリの堆積挙動に関する実験データベースを構築するため、燃料デブリを模擬した特性(粒子径,密度,球形度等)の異なる固体粒子(アルミナ,スティール)の混合粒子を水プール中へ落下・堆積させる実験を行い、粒子ベッドの堆積高さを測定するとともに、均質粒子及び混合粒子から成るデブリベッドの堆積高さを予測する実験相関式を構築した。構築した実験相関式は粒子ベッドの堆積高さの測定結果と良く一致することを確認した。

Experimental database for bed formation behaviors of solid particles

Sheikh, M. A. R.*; Son, E.*; 神山 基紀*; 森岡 徹*; 松元 達也*; 守田 幸路*; 松場 賢一; 神山 健司; 鈴木 徹

Proceedings of 10th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-10) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2016/11

ナトリウム冷却高速炉の炉心損傷事故における再配置過程では、微粒化デブリによる堆積ベッド形成挙動がデブリベッド冷却による炉容器内事故終息の観点で重要である。本研究では、粒子堆積ベッド形成挙動に関する実験データベースを構築するため、微粒化デブリを模擬した固体粒子を円筒型の水プール中へ重力落下によって放出させ、粒子堆積ベッドの形状及び高さを測定する実験を行った。本実験では、材質及びサイズの異なる3種類(アルミナ,ジルコニア,スティール)の球形・非球形粒子を用い、これらのパラメータが粒子ベッドの堆積形状に及ぼす影響を調べるとともに、その結果に基づき粒子ベッドの堆積高さを予測する整理式を実験データベースとして開発した。開発した整理式は、本実験で把握された重要パラメータに対する堆積ベッド高さの変化傾向をよく再現しており、広範な適用性を有していることが示された。

平成26年度研究開発・評価報告書 評価課題「高温ガス炉とこれによる水素製造技術の研究開発」

立松 研二; 松本 裕之

JAEA-Evaluation 2015-001, 91 Pages, 2015/06

JAEA-Evaluation-2015-001.pdf:14.25MB

日本原子力研究開発機構理事長は、外部有識者からなる高温ガス炉及び水素製造研究開発・評価委員会に、高温ガス炉とこれによる水素製造技術の研究開発に係る第2期中期計画の事後評価及び第3期中期計画の事前評価を諮問し、評価を受けた。その結果、高温ガス炉技術及び水素製造技術に係る各々の研究開発において、安全性の高度化及び実用化の観点から、第2期中期計画通りの成果が出ており技術目標を達成している。また、連続水素製造試験装置の製作など次期中長期計画の一部を実質前倒しで達成できたことは大きな成果である等の所見が得られ、総合評価Aと示された。他方、第3期中長期計画(案)については、文部科学省の高温ガス炉技術研究開発作業部会中間とりまとめの内容を十分に反映した内容になっている等の理由で、是と評価された。本報告書は、高温ガス炉及び水素製造研究開発・評価委員会の構成、審議経過、評価方法について記載し、同委員会により提出された「高温ガス炉及び水素製造研究開発 課題評価報告書」を添付したものである。

Giant cadherins Fat and Dachsous self-bend to organize properly spaced intercellular junctions

塚崎 克和*; 宮崎 直幸*; 松本 淳; 長江 成典*; 米村 重信*; 田ノ上 拓自*; 岩崎 憲治*; 竹市 雅俊*

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 111(45), p.16011 - 16016, 2014/11

https://doi.org/10.1073/pnas.1418990111

Fat and Dachsous cadherins regulate cell polarity and proliferation via their heterophilic interactions at intercellular junctions. Their ectodomains are unusually large because of the repetitive EC domains, which raises questions of how they fit in regular intercellular spaces. Cadherins typically exhibit a linear topology through the binding of Ca to the linker between the EC domains. Our electron microscopic observations of mammalian Fat4 and Dachsous1 ectodomains, however, revealed that, while their N-terminal regions exhibit a linear configuration, the C-terminal regions are kinked with multiple hairpin-like bends. Notably, certain EC-EC linkers in Fat4 and Dachsous1 lost Ca-binding amino acids. When such non-Ca-binding linkers were substituted for a normal linker in E-cadherin, the mutant E-cadherins deformed more extensively than the wild-type molecule. To simulate cadherin structures with non-Ca-binding linkers, we used the elastic network model and confirmed that bent configurations can be generated by deformation of the non-Ca-binding linkers. These findings suggest that Fat and Dachsous self-bend due to the loss of Ca-binding amino acids from specific EC-EC linkers, and therefore adapt to confined spaces.

平成25年度研究開発・評価報告書 評価課題「高温ガス炉とこれによる水素製造技術の研究開発」

立松 研二; 松本 裕之

JAEA-Evaluation 2014-003, 131 Pages, 2014/09

JAEA-Evaluation-2014-003.pdf:26.08MB

高温ガス炉とこれによる水素製造技術の研究開発の意義,内容等について、外部有識者からなる高温ガス炉及び水素製造研究開発・評価委員会において評価を受けた。その結果、熱利用産業・運輸部門における炭酸ガス排出量低減に貢献するため、原子力エネルギーによって熱需要に応えるという目標は重要であり、高温ガス炉とこれによる水素製造技術を我が国が持つことが必要である。そのための基盤技術の確立を目指し、高温工学試験研究炉(HTTR)等を用いた研究開発を行うべきである。等の評価結果が示された。本報告書は、高温ガス炉及び水素製造研究開発・評価委員会及び専門部会の構成、審議経過、評価方法について記載し、同委員会により提出された「高温ガス炉研究開発報告書」を7ページ以降に添付したものである。

Magnetic properties of single crystalline YbFeO

吉井 賢資; 水牧 仁一朗*; 松本 圭右*; 森 茂生*; 遠藤 成輝; 齋藤 寛之; 松村 大樹; 神戸 高志*; 池田 直*

Journal of Physics; Conference Series, 428, p.012032_1 - 012032_5, 2013/04

https://doi.org/10.1088/1742-6596/428/1/012032

マルチフェロイック物質YbFeOの単結晶試料について、その磁性を調べた。磁気転移温度は250Kと過去の報告値に近かった。また、c軸方向の磁化のほうが、ab軸方向のそれよりも10倍以上大きく、この物質の異方性が観測された。ab面内の磁化については、10K以下で、磁場中冷却した磁化が負となる現象が見られた。これは、磁化が外部磁場と逆向きに向いていることを示し、エネルギー的に不安定な特異現象である。Ybモーメントの磁化がFeのそれと逆に向いており、それが低温で増強されるためと考えた。磁気熱量効果の測定からは、エントロピー変化のピーク値は1JkgKとあまり大きくないものの、ピーク幅100K程度の広い温度範囲で見られており、磁気冷凍に有利な性質であることがわかった。これは、この物質系特有の三角格子上の磁気フラストレーションに起因するものと考えられる。

Experimental studies and empirical models for the transient self-leveling behavior in debris bed

Cheng, S.*; 田中 鷹平*; 権代 陽嗣*; 甲斐 貴之*; Zhang, B.*; 松元 達也*; 守田 幸路*; 福田 研二*; 山野 秀将; 鈴木 徹; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 48(10), p.1327 - 1336, 2011/10

https://doi.org/10.3327/jnst.48.1327

セルフレベリング挙動解明のため、粒子ベッドを通して窒素ガスを一定に浸透させる一連の実験を行った。この実験で、長方形タンク内の固体粒子と水により、それぞれ燃料デブリと冷却材を模擬した。得られたデータに基づき、セルフレベリング過程でのベッドの傾きの過渡変化を表す経験モデルが開発された。計算と実験結果による値は十分な一致をみせた。モデルの検証は実験パラメーター(物質サイズ、濃度、ガスの流量等)の影響の詳細な解析により確認された。そのモデル適用性について、モデルシミュレーションと既存の沸騰型の大規模実験システムでの実験結果とを比較し、拡張条件のも適用できることが考察された。

Collapsing processes of charge ordered structure in charge- and spin- frustrated ferrite YbFeO

松本 圭右*; 小山 司*; 森 茂生*; 吉井 賢資; 池田 直*

Journal of Physics; Conference Series, 320, p.012085_1 - 012085_5, 2011/09

https://doi.org/10.1088/1742-6596/320/1/012085

表記酸化物はFeとFeが電荷秩序配列することによる新規なタイプの強誘電体である。本物質につき、Feの一部をMnに置き換えた場合の電荷秩序構造の変化を透過電子顕微鏡により観察した。10%ほどの置換により、電荷秩序構造は破壊され、FeとMnの短距離イオン秩序が発生することがわかった。この系は室温で比誘電率が1000ほどの値を示すが、この性質は短距離イオン秩序による電気双極子を起源とすると考えられる。

Experimental investigation on self-leveling behavior in debris beds

Zhang, B.*; 原田 哲志*; 平原 大輔*; 松元 達也*; 守田 幸路*; 福田 研二*; 山野 秀将; 鈴木 徹; 飛田 吉春

Nuclear Engineering and Design, 241(1), p.366 - 377, 2011/01

https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2010.11.013

In the present study, we elected to use depressurization boiling to simulate an axially increasing void distribution in the debris bed. Bottom-heating boiling was also chosen to confirm characteristics of the self-leveling process do not depend on the boiling mode. Particle size, shape, bed volume and density along with boiling intensity and total volume were taken as experimental parameters to obtain the general characteristics of the self-leveling process. Experiments with simulant materials were conducted and analyzed. The good concordance of the transient processes obtained from the different boiling methods sufficiently demonstrates the results obtained exhibit these general self-leveling characteristics. Comparisons of deduced time variations of the inclination angle provide qualitative tendencies based on the experimental parameters considered influential to self-leveling behavior. The rationale behind the definition introduced for equivalent power density is also presented.