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LSTF実験への適用

上脇 忠義; 大和田 明彦; 竹田 武司; 中村 秀夫

JAEA-Testing 2008-006, 77 Pages, 2008/07

JAEA-Testing-2008-006.pdf:6.32MB

加圧水型原子炉(PWR)の冷却材喪失事故(LOCA)時には、非常用炉心冷却系(ECCS)の蓄圧注入系タンクから注水後、加圧用の非凝縮性ガスが一次系に流入する。同ガスが蒸気発生器(SG)伝熱管に蓄積すると凝縮熱伝達が劣化し、SG二次側減圧による一次系冷却の阻害要因となる。一方、PWRのLOCA及び過渡を模擬するROSA計画大型非定常試験装置(LSTF)実験では、非凝縮性ガスが減圧に及ぼす影響を定量的に把握する必要があるため、非凝縮性ガスに空気を用いてジルコニア酸素濃度計により水蒸気中のガス濃度を直接計測する装置を開発してきた。今回、本ガス濃度測定装置をLSTF実験に適用するため、同装置を改良してLSTFに設置するとともに、蓄圧注入系タンクの加圧ガスとして空気を用いた実験を実施し、SG二次側減圧過程においてガスが通過すると思われる圧力容器頂部及びガスが蓄積するSG出口プレナム部の酸素濃度を直接計測した。本報では、本ガス濃度測定装置の改良点などを紹介するとともに、性能確認試験及びLSTFを用いたSG二次側減圧模擬試験で得られた酸素濃度測定結果を報告する。

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。

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。

High pressure and low temperature structural studies on a Cd-Yb quasicrystal and its 1/1 approximant

綿貫 徹; 町田 晃彦; 大村 彩子; 青木 勝敏; 大和田 謙二; 佐藤 卓*; Tsai, A. P.*

no journal, , 

準周期格子と周期格子の違いを調べるために、Cd-Yb準結晶及びその近似結晶について、低温高圧下における構造変化を調べ、その両者の比較を行った。測定は、われわれが大型放射光施設SPring-8のビームラインに整備した低温高圧下単結晶X線回折装置を用いて行った。本装置ではわずかな構造変化でも捉えることができ、また、静水圧性の高い実験が低温においても可能であるため、測定試料の質を低下させずに物質本来の性質を観測することができる。その結果、周期格子構造である近似結晶では、圧力温度に敏感にその構造が変化するが、準周期格子構造である準結晶では、室温付近の温度において、圧力15GPa以上の高圧領域では、準周期格子の完全性が失われるような構造変形を連続的に起こすということが明らかとなった。

非凝縮性ガス計測装置

大和田 明彦

no journal, , 

加圧水型原子炉の冷却材喪失事故が発生すると非常用炉心冷却系が作動するが、このうち蓄圧注入系が作動すると加圧用の非凝縮ガスが系内へ流入する。原子炉容器や蒸気発生器にガスが蓄積すると凝縮熱伝達が減少し、蒸気発生器の二次系減圧による一次系減圧の阻害要因となる。本報告では、非凝縮性ガスが減圧に及ぼす影響を定量的に把握するため、実炉を模擬した実験装置による事故模擬実験において、圧力容器,蒸気発生器に蓄積する高圧蒸気中のガス濃度を定量測定する計測装置について紹介する。