Combustion characteristics of generating hydrogen during sodium-concrete reaction

清野 裕; 大野 修司; 山本 郁夫*; 宮原 信哉

Proceedings of 8th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-8) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2012/12

雰囲気に酸素が存在する条件下におけるナトリウム-コンクリート反応を模擬した水素燃焼試験を実施した。その結果、ナトリウムの燃焼熱が着火エネルギーとなって、ナトリウムプール表面において水素が燃焼されること、さらに、雰囲気中の酸素濃度が高いほど、水素の燃焼割合が大きくなることがわかった。

Development of severe accident evaluation technology (Level 2 PSA) for sodium-cooled fast reactors, 5; Identification of dominant factors in ex-vessel accident sequences

大野 修司; 清野 裕; 宮原 信哉

Proceedings of 2009 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '09) (CD-ROM), p.9110_1 - 9110_9, 2009/05

ナトリウム冷却大型高速炉の炉心損傷事故の影響が原子炉容器外まで及ぶ場合における事故進展を検討し、CONTAIN/LMRコードを使用した感度解析によって事故進展の支配現象・支配因子を調べた。除熱源喪失時に想定される事故進展を対象とした解析から、ナトリウム蒸気の漏えい速度及びナトリウム・コンクリート反応の規模が重要な支配因子であることを明らかにするとともに、それらが格納容器へ与える圧力負荷に関して定量的な情報を整理することができた。

Test results of volatile radionuclide evaporation from liquid lead-bismuth and their comparison with test from sodium pool

大野 修司; 宮原 信哉; 倉田 有司

Proceedings of 15th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-15) (CD-ROM), 6 Pages, 2007/04

鉛ビスマス中のPo, Cs, Teなど揮発性放射性物質が気相へ移行する挙動を調べるために平衡蒸発試験を実施してきた。試験では、典型的な蒸気圧測定法である「トランスパイレーション法」を用いている。この方法を使ったナトリウム体系での試験研究によって、過去にナトリウムプール中のCs, NaI, Teなど核分裂生成物の蒸発挙動も調べられているため、鉛ビスマスとナトリウムの2種類の冷却材に対する放射性不純物の揮発性を比較することも可能である。本論文では、まずナトリウム中の核分裂生成物の蒸発特性をレビューし、次に鉛ビスマス中の核分裂生成物や放射化生成物の蒸発試験結果を報告する。また、鉛ビスマス冷却型原子炉システムのカバーガス空間における蒸気量を見積もり、Poの蒸発挙動の重要性に言及する。さらに、ナトリウムと鉛ビスマスの2種類の冷却材を対象として、それに混入したCsとTeの揮発性を試験データに基づいて比較する。これらの実験で蓄積された知見は、液体金属冷却型原子炉システムの安全評価ツールに活用される重要なデータベースとなるものである。

Experimental investigation of evaporation behavior of polonium and rare-earth elements in lead-bismuth eutectic pool

大野 修司; 宮原 信哉; 倉田 有司; 桂 了英*; 吉田 茂*

Proceedings of 14th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-14) (CD-ROM), 7 Pages, 2006/07

液体鉛ビスマス共晶合金(LBE)中の放射性不純物の移行挙動を明らかにするために、LBE中のポロニウム(Po-210)及び希土類元素(Gd, Eu)を対象とした平衡蒸発実験を実施した。実験では、等温容器中に生成した飽和蒸気を不活性ガスで容器外へ移送・捕集する「トランスパイレーション法」を用いた。LBE及びLBE中テルルの蒸発挙動についてはICONE12-49111にて報告済みであるが、今回は液体LBE中に放射化生成物や核破砕生成物として蓄積されるPo-210と希土類元素に関する実験の概要と結果をまとめる。希土類元素の実験では非放射性の同位体を使用した。LBEプールは質量約330670g、4cm14cmの表面積を有する。Po-210実験では小型の実験装置を使用し、Po-210は材料試験炉JMTRにおけるLBEの中性子照射で作成した。本実験研究を通じて、Po-210の蒸気濃度,蒸気分圧,LBE中の不純物の気液平衡分配係数などの基礎的かつ有益な蒸発データを450750Cの温度条件で取得した。Po-210実験では、PoはLBE中において保持され蒸発しにくくなる特徴を有するが、その揮発性はLBE溶媒に比べれば高いことが明らかとなった。また、Eu実験の一部では、Poに匹敵する高い揮発性が示唆された。この傾向は、プール表面付近に溶質濃度の高い部分が形成されたことに起因するものと考えられるが、さらに調査が必要である。本実験研究で得られた結果は、LBE冷却型原子炉システムにおいて放射性物質がガス空間へ移行する挙動を評価するにあたり重要かつ不可欠なものである。

Experimental Investigation of Lead-Bismuth Evaporation Behavior

大野 修司; 宮原 信哉; 倉田 有司*

Journal of Nuclear Science and Technology, 42(7), p.593 - 599, 2005/08

https://doi.org/10.3327/jnst.42.593

鉛ビスマス合金の液相から気相への移行挙動に関する基礎データを取得するために蒸発試験を実施した。試験は、等温容器中の飽和蒸気をキャリアガスで容器外へ移送・採取する「トランスパイレーション法」により実施した。鉛ビスマスの量は約500g、試験温度は450から750とした。この試験により、鉛ビスマスの蒸気圧、飽和蒸気中の鉛とビスマスの濃度、鉛の活量係数、鉛ビスマスの蒸発速度など、有意義なデータが得られた。鉛ビスマスの蒸気圧は、550から750の温度範囲において、鉛、ビスマス、二原子分子状ビスマスの蒸気分圧の和の形でlogP[Pa]=10.2-10100/T[K]と定式化した。

ナトリウム液滴落下燃焼実験(FD-3)

堂田 哲広; 石川 浩康; 大野 修司; 宮原 信哉

JNC TN9400 2005-048, 52 Pages, 2005/04

JNC-TN9400-2005-048.pdf:9.54MB

ナトリウム漏えい燃焼形態の一つであるスプレイ燃焼の燃焼挙動に対する理解の向上、現象のメカニズムに基づく評価手法の確立を目的として、単一ナトリウム液滴の落下燃焼挙動を研究している。本研究では、同実験シリーズのFD-2実験とは異なる初期径(3.34mm、5.85mm)のナトリウム液滴を用いた落下燃焼実験、不活性雰囲気下でのナトリウム液滴の落下実験、ナトリウムと近い密度のポリプロピレン球の落下実験を行い、初期液滴径変化が燃焼に与える影響、燃焼が液滴の落下運動に与える影響を調べた。得られた結果を、以下に示す。(1)燃焼ナトリウム液滴の抵抗係数は、同直径剛体球の1.42.2倍に相当する。(2)ナトリウム液滴の空気抵抗が剛体球よりも大きい主な要因は、燃焼発熱に伴う液滴周囲ガスの粘性増加である。ナトリウム液滴は約8m落下時で縦横比0.89の楕円体に変形するが、その影響はほとんどない。また、液滴の蒸発および浮力の影響についても同様に無視できる。(3)ナトリウム液滴の燃焼は初期液滴径が変化した場合でもD則に従うことが確認された。ナトリウム燃焼量を測定値に一致させる条件でD則燃焼モデルを用いた計算を行った場合、反応生成物中のNaO割合は0.510.75となる。

鉛ビスマス及び鉛ビスマス中テルルの平衡蒸発試験

大野 修司; 西村 正弘; 浜田 広次; 宮原 信哉; 佐々 敏信*; 倉田 有司*

JNC TN9400 2004-072, 52 Pages, 2005/01

JNC-TN9400-2004-072.pdf:2.88MB

鉛ビスマス及び鉛ビスマス中の微量不純物テルルが液相から気相へ蒸発移行する挙動について基礎的な知見やデータを取得するために、それらを対象とする平衡蒸発試験を実施した。試験には、等温加熱された蒸発容器内の飽和蒸気をキャリアガスによって外部細管内に導き捕集する「トランスパイレーション法」を用いた。蒸発容器のサイズは内径8cm、長さ15cmであり、容器内の鉛ビスマスの量は約500gである。試験温度は450から750とした。 この試験から、鉛ビスマス蒸気圧、飽和蒸気中のPb、Bi、Bi2の濃度、鉛の活量係数など、鉛ビスマスの蒸発挙動を理解するために必要で利用価値の高いデータを得ることができた。鉛ビスマスの蒸気圧はPb、Bi、Bi2の蒸気分圧の和として、550から750の温度範囲においてlogP[Pa]=10.2-10100/T[K]と表される。鉛ビスマス中のテルルの気液平衡分配係数は450から750において明確な温度依存性は持たず、その値は10100の範囲である。

鉛ビスマスのナトリウム中移行挙動予備試験; 反応挙動に及ぼす試験温度と鉛ビスマス量の影響

斉藤 淳一; 佐川 憲彦; 大野 修司; 浜田 広次; 宮原 信哉

JNC TN9400 2004-059, 133 Pages, 2004/09

JNC-TN9400-2004-059.pdf:6.05MB

高速炉実用化戦略調査研究(フェーズI)では、鉛ビスマスを中間熱媒体として利用する二次系簡素化概念が一つの候補として選定されている。本研究では実用化戦略調査研究(フェーズII)で鉛ビスマスのナトリウム中移行挙動を実験により明らかにすることを目的としている。液体ナトリウム中に液体鉛ビスマスを滴下する試験を試験温度と鉛ビスマス量を変えて実施した。その結果より、試験温度と鉛ビスマス滴下量がナトリウムと鉛ビスマスの反応挙動に及ぼす影響を明らかにした。試験により得られた結果を以下に示す。(1)試験温度が低い方が、ナトリウムと鉛ビスマスが反応し発熱するまでに時間を要する。このことは試験温度がナトリウムと鉛ビスマスの反応挙動に影響していることを示している。(2)鉛ビスマス滴下量はナトリウムと鉛ビスマスの反応により生成する反応生成物の量と種類に影響している。(3)ナトリウムと鉛ビスマスの反応による発熱量は、主に生成しているBiNaの生成エンタルピーから算出した生成熱とおおむね一致している。

核燃料サイクル開発機構におけるナトリウム火災研究(I)

石川 浩康; 大野 修司; 宮原 信哉

火災, 54(6), 43-49 Pages, 2004/00

旧動燃時代を含め、これまでにサイクル機構で行ってきたナトリウム火災研究に関して解説記事としてまとめた前半分の内容。

鉛ビスマスのナトリウム中移行挙動予備試験

斉藤 淳一; 高井 俊秀; 佐川 憲彦; 大野 修司; 浜田 広次; 宮原 信哉

JNC TN9400 2003-057, 87 Pages, 2003/06

JNC-TN9400-2003-057.PDF:24.73MB

高速炉実用化戦略調査研究(フェーズI)では、鉛ビスマスを中間熱媒体として利用する二次系簡素化概念が一つの候補として選定されている。本研究では実用化戦略調査研究(フェーズII)で鉛ビスマスのナトリウム中移行挙動を実験により明らかにすることを目的とする。二次系簡素化の成立性を評価するための基礎データを取得する。摂氏400度で液体ナトリウム中に液体の鉛ビスマスを滴下する試験を2回実施している。以下の結果が得られている。(1)L1-1試験およびL1-2試験後のICPによる分析結果から、ナトリウム中の鉛濃度はビスマス濃度よりも高くなっている。ナトリウム中の鉛の溶解量はビスマスのそれよりも多いことを示している。これらの結果は従来の溶解度の測定結果と一致する。また、残渣中にはビスマスが最も多く含まれていることがわかった。(2)ナトリウム中に鉛ビスマスが滴下するとナトリウム液温は上昇する。装置の各部の温度変化から算出した総発熱量は、L1-2試験で137kJ/mol-LBEである。これらの反応熱はリーク検出に応用できる可能性がある。(3)L1-1試験およびL1-2試験後、ナトリウム中に黒い粒状固形物(反応生成物)が観察された。サンプリングフィンガー内の反応生成物を観察した結果、反応生成物は上部で510m程度の微細な粒状である。下部では50100m程度の大きさである。(4)EDXによる成分分析の結果、反応生成物の主な構成元素はナトリウムとビスマスである。XRDによりBiNa3金属間化合物の回折ピークが検出されている。主要な反応生成物はBiNa3といえる。XRDによりPb4Na15の回折ピークも検出されている。しかしながら、SEMにおいてPb4Na15は観察できていない。さらに、これらの試験および分析結果より、鉛ビスマスのナトリウム中への移行挙動モデルを提案する。