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論文

Secondary sodium fire measures in JSFR

近澤 佳隆; 加藤 篤史*; 山本 智彦; 久保 重信; 大野 修司; 岩崎 幹典*; 原 裕之*; 島川 佳郎*; 坂場 弘*

Nuclear Technology, 196(1), p.61 - 73, 2016/10

 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

JSFR(Japan Sodium-cooled Reactor)は高い信頼性確保を目指し、設計の初期の段階から完全2重管を採用しナトリウム漏えいに対策している。ここでは、2次ナトリウム火災対策設備候補としてナトリウムドレン、窒素ガス注入、圧力放出弁、キャッチパン、漏えいナトリウム移送設備を比較評価した。また、仮想的に2次主冷却系において2重バウンダリから漏えいがあり、ナトリウムが原子炉建屋の鋼板コンクリート上に漏えいして燃焼した場合を仮定して対策設備の効果を解析により評価した。

論文

Numerical study on influence of Ohnesorge number and Reynolds number on the jet breakup behavior using the lattice Boltzmann method

岩澤 譲*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 金川 哲也*; 齋藤 慎平*; 松尾 英治*; 海老原 健一; 坂場 弘*; 小山 和也*; 成合 英樹*

Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 7 Pages, 2015/05

高速炉の炉心溶融事故時における事故後冷却性評価のために、冷却材中にジェット状に射出された溶融燃料の微粒化挙動を詳細に把握することが望まれている。本研究では、粘性がジェット挙動に与える影響を調べるために、3次元二相流体格子ボルツマンモデルを用いたジェット挙動の数値シミュレーションを行い、結果をオーネゾルゲ数とレイノルズ数で整理した。結果として、ジェット挙動の評価には、ジェットの粘性と同様に冷却材の粘性の影響も考慮する必要があることを示した。

論文

Performance evaluation on secondary sodium fire measures in JSFR

近澤 佳隆; 加藤 篤志; 山本 智彦; 久保 重信; 岩崎 幹典*; 原 裕之*; 島川 佳郎*; 坂場 弘*

Proceedings of 2014 International Congress on the Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2014) (CD-ROM), p.523 - 530, 2014/04

JSFRは2次系のナトリウムバウンダリを2重化しており信頼性を強化している。本検討では厳しい想定を行い、2重バウンダリ破損があった場合の対策設備の性能を評価した。

論文

格子ボルツマン法HCZモデルによるジェットブレイクアップ挙動評価,1; ブレイクアップ長さの評価

松尾 英治*; 阿部 豊*; 岩澤 譲*; 海老原 健一; 金子 暁子*; 坂場 弘*; 小山 和也*

第18回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集, p.75 - 76, 2013/06

ナトリウム冷却高速炉の炉心崩壊事故を想定した場合、溶融炉心材料の冷却材へのジェットのブレイクアップ挙動を理解することが必要であることから、格子ボルツマン法HCZモデルを用いジェットブレイクアップをシミュレーションした。まず、実験との比較により、格子ボルツマン法HCZモデルのジェットブレイクアップシミュレーションへの適用可能性を検証した。さらに、シミュレーションによる感度解析により、ジェットブレイクアップの支配因子が流体力学的微粒化である場合、ジェットブレイクアップ長さはエプスタインの相間とほぼ一致することがわかった。

論文

格子ボルツマン法HCZモデルによるジェットブレイクアップ挙動評価,2; ブレイクアップに及ぼす周囲流動場の影響

岩澤 譲*; 阿部 豊*; 松尾 英治*; 海老原 健一; 金子 暁子*; 坂場 弘*; 小山 和也*

第18回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集, p.77 - 78, 2013/06

ナトリウム冷却高速炉の炉心崩壊事故を想定した場合、溶融炉心材料の冷却材へのジェットのブレイクアップ挙動を理解することが必要である。本研究では、ジェットの周囲流体の効果を調べるため、格子ボルツマン法HCZモデルを用いたジェットブレイクアップシミュレーションによって、表面及び微粒化挙動を考察した。結果として、ジェット側面で起こる微粒化によってジェットがブレイクアップすることが観測され、流体力学的微粒化がジェットブレイクアップの支配因子である場合、ジェットブレイクアップ機構がエプスタインが提案する機構に従うことを確認した。

論文

Influence of fragmentation on jet breakup behaviour

岩澤 譲*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 黒田 泰平*; 松尾 英治*; 海老原 健一; 坂場 弘*; 小山 和也*; 伊藤 和宏*; 成合 英樹*

Proceedings of 15th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-15) (USB Flash Drive), 12 Pages, 2013/05

高速増殖炉の安全な設計において、炉心崩壊事故が起きることを想定した場合、ナトリウム冷却材による炉心溶融物の固化及び除熱が強く要求される。溶融物ジェットの固化挙動を評価するには、炉心溶融物と冷却材との相互作用を詳細に理解する必要がある。本研究では、炉心溶融物を模擬した溶融金属及び透明流体を、冷却材を模擬した水に射出した実験において、両模擬部物質のジェットブレイクアップ挙動を高速度ビデオカメラで観察し、既存の理論との比較した。さらに、二相流体格子ボルツマン法を用いた液体ジェットのシミュレーションにより定性的なジェット挙動を再現した。

論文

Evaluation of sodium combustion in the JSFR SCCV

加藤 篤志; 近澤 佳隆; 山本 智彦; 大野 修司; 久保 重信; 坂場 弘*; 秋山 洋*; 岩崎 幹典*

Proceedings of 2013 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2013) (USB Flash Drive), 9 Pages, 2013/04

JSFRでは鋼板コンクリート構造格納容器を採用している。ナトリウム内包機器に対する2重バウンダリ構造や再臨界回避設計の採用により、格納容器内でのナトリウム燃焼を排除しているが、福島第一原子力発電所の事故を受けて、格納容器内におけるナトリウム燃焼解析を幅広く実施し、その際の格納容器の構造健全性、バウンダリ健全性を評価した。また、格納容器への潜在的負荷を明らかにするため、水素発生シナリオ・発生量について評価した。

報告書

「常陽」MK-III冷却系改造工事; 2次冷却系撤去機器の解体・ナトリウム洗浄作業

石井 貴之; 礒崎 和則; 芦田 貴志; 皆川 暁; 寺門 嗣夫; 野上 浩*; 加倉井 克洋*; 植田 宗嗣*; 川原 啓孝; 市毛 聡; et al.

JNC-TN9410 2002-013, 86 Pages, 2002/11

JNC-TN9410-2002-013.pdf:68.29MB

高速実験炉「常陽」では、照射能力の高度化に向けたプロジェクト(MK-III)を進めている。MK-III計画は、炉心の高速中性子束を高める、照射技術を向上させることを目的としているが、炉心の中性子束を高めることで熱出力がMK-II炉心の100MWtから140MWtに増大する。MK-III冷却系改造工事は、その除熱能力を高めるため、原子炉冷却系機器のうち、主中間熱交換器及び主冷却機をはじめとした原子炉冷却機器を交換する工事である。このうち、1次冷却系では主中間熱交換器を既設の50MWt/基から70MWt/基、2次冷却系では主冷却器を既設の25MWt/基から35MWt/基に交換した。これらの工事は、平成12年10月30日から平成13年9月21日の間に実施し、無事工事を終了することができた。 本報告書は、これらの工事で撤去された機器のうち、非放射性ナトリウムの付着した主冷却器、主冷却器接続配管主中間熱交換器2次側接続配管をはじめとしたナトリウム機器の解体・洗浄及び主送風機等をはじめとした非ナトリウム機器の解体に係る方法、結果及び安全対策等についてまとめたものである。 2次冷却系撤去機器の解体・ナトリウム洗浄作業は、ほぼ計画通りの方法にて安全、かつ、効率的に作業を行うことができ、処理したナトリウム量は、約13.5kgであった。

口頭

ナトリウム-水蒸気の対向流拡散反応の研究

山口 彰*; 高田 孝*; 大島 宏之; 出口 祥啓*; 坂場 弘*

no journal, , 

高速炉の安全評価の観点からナトリウム-水反応を解明することを目的として対向流拡散反応の実験及び解析を実施した。流動場と試験装置形状を最適化して反応場を可視化,計測することに成功した。実験と解析の一致は良好であり、反応域と反応生成物が存在する領域の位置が異なるなどの注目すべき結果が得られた。

口頭

炉心・機器熱流動評価分科会報告

片岡 勲*; 奈良林 直*; 坂場 弘*; 吉田 啓之; 西田 浩二*; 堀田 亮年*

no journal, , 

「炉心・燃料・機器の合理的な熱流動評価・開発手法」調査専門委員会(設立期間:平成17年4月$$sim$$平成19年3月)は模擬実験と数値解析を組合せた合理的な炉心熱流動評価,燃料・機器開発技術の体系化を進めることを目的として設立された。本分科会ではこうした研究開発の進展を背景に、炉心・機器の熱流動解析手法について、シミュレーション技術,現象のモデリング,基礎方程式並びに構成方程式、並びに検証データについて系統的な調査研究を行い、それらに対して合理的かつ整合性のある評価を行い、より一般的かつ普遍的な手法の開発に寄与することを目的とした。本報告では、標記委員会での活動報告として次の内容についての発表を行う。(1)合理的炉心・機器熱流動評価の現状と課題(BWR),(2)合理的炉心・機器熱流動評価の現状と課題(PWR),(3)大規模シミュレーションを主体とした原子炉熱設計手法開発の現状,(4)気液二相流と構造物の連成振動評価,(5)超高出力ABWR炉心における核熱水力安定性評価手法の高度化

口頭

仮想的なナトリウム燃焼下におけるSC造格納容器の健全性評価,1; ナトリウム燃焼解析

山本 智彦; 加藤 篤志; 久保 重信; 近澤 佳隆; 坂場 弘*; 坂下 武志*

no journal, , 

JSFRでは、原子炉格納容器(CV)として鋼板コンクリート製格納容器(SCCV)の採用を検討している。仮想的なCV内でのナトリウム(Na)漏えいを想定して幅広い条件下でのNa燃焼解析を実施し、CV設計に与える負荷条件を把握した。

口頭

GIFの安全設計クライテリアに適合するSFRのLOHRS対策設備の検討,3; 設計要求への適合性評価

久保 重信; 近澤 佳隆; 島川 佳郎*; 遠藤 淳二*; 坂場 弘*

no journal, , 

Generation-IVインターナショナルフォーラムで検討されている第4世代ナトリウム冷却高速炉(SFR)のための安全設計クライテリア(SDC)に適合しうる除熱系喪失事象(LOHRS)対策設備の検討を実施した。本稿では、具体化した設備構成のSDC要求への適合性について報告する。

口頭

JSFRの受動的炉停止系の信頼性評価

山田 由美*; 時崎 美奈子*; 島川 佳郎*; 山野 秀将; 久保 重信; 坂場 弘*

no journal, , 

JSFR実証施設では、受動的炉停止系として自己作動型炉停止機構(SASS: Self Actuated Shutdown System)を有しており、このプラントに対するレベル1PSAを行うためには、この受動的安全機能の信頼性評価を行いその機能喪失の確率を求める必要がある。既往研究により開発された信頼度を評価する手法を用いて、代表的な異常な過渡時炉停止失敗(ATWS)事象におけるSASSの非信頼度を評価した。

口頭

高温ガス炉開発に関するカザフスタンとの協力研究,3; 高温ガス炉用耐酸化黒鉛材料の開発に関する協力

柴田 大受; 角田 淳弥; 永田 寛; 斎藤 隆; 土谷 邦彦; 坂場 成昭; 大崎 弘貴*; 加藤 秀樹*; 藤塚 公仁弘*; 武藤 剛範*; et al.

no journal, , 

高温ガス炉(HTGR)における空気侵入事故では、被覆粒子燃料の機械的な損傷を避けるため、酸化に対して炉内の黒鉛構造物の形状を維持することが重要である。高温ガス炉のさらなる安全性向上のためには、SiCで表面を被覆した耐酸化黒鉛の開発が重要であり、日本の主要な黒鉛メーカ4社と共同で、耐酸化黒鉛の開発を進めている。日本の技術である耐酸化黒鉛について早期に高温・中性子照射環境下での成立性を明らかにするため、HTGR開発に大きな興味を持っているカザフスタンと協力し、高温での照射試験が可能な核物理研究所(INP)のWWR-K炉を用いた照射試験計画を進めている。照射温度は1200$$^{circ}$$Cを目標とし、照射試験は2014年4月から開始する予定である。カザフスタンでは、将来にHTGRを建設する場合に、本研究で得られた知見を設計に反映することが可能となる。

口頭

JSFRの2次ナトリウム漏えい対策の有効性評価

近澤 佳隆; 加藤 篤志; 山本 智彦; 岩崎 幹典*; 原 裕之*; 島川 佳郎*; 坂場 弘*

no journal, , 

ナトリウム冷却実証炉は2重バウンダリによりナトリウム火災対策をしている。本検討では2重バウンダリ破損があった場合の厳しい状況における漏えい対策設備の有効性について解析による評価を行った。

口頭

高速増殖炉の炉心溶融事故後冷却挙動の研究,23; 格子ボルツマン法を用いた液体ジェットのブレイクアップ挙動解析

岩澤 譲*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 齋藤 慎平*; 松尾 英治*; 海老原 健一; 坂場 弘*; 小山 和也*; 成合 英樹*

no journal, , 

高速増殖炉の炉心崩壊事故時、溶融炉心の一部が冷却材中にジェット状に射出される可能性があることから、その適切な冷却のため、溶融ジェットが到達する長さであるジェットブレイクアップ長さの予測が重要になる。これまで、模擬実験との比較により一成分二相の3次元格子ボルツマンモデルの液体ジェット挙動への適用性が検討されているが、シミュレーションでは考慮していない空気巻き込みがある実験と比較している。今回は、空気巻き込みのない模擬実験結果とシミュレーション結果を比較し、液体ジェットのブレイクアップメカニズムを検討した。結果として、格子ボルツマンモデルは、空気巻き込みのない液体ジェット射出結果をよく再現し、ブレイクアップ長さに関する無次元数は、実験値とほぼ同様の値となった。シミュレーションによる速度分布の算出結果から、ジェット先端での渦がブレイクアップを促進することが確認された。

口頭

高速増殖炉の炉心溶融事故後冷却挙動の研究,27; 液中ジェットブレイクアップ挙動に及ぼす粘性の影響の格子ボルツマン法による数値的考察

岩澤 譲*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 金川 哲也*; 齋藤 慎平*; 松尾 英治*; 海老原 健一; 坂場 弘*; 小山 和也*; 成合 英樹*

no journal, , 

高速増殖炉の炉心溶融事故に対する事故後冷却性評価において、冷却材中にジェット状に射出された溶融燃料の微粒化の過程を詳細に把握することが望まれている。ジェット側面からの剥ぎ取りによる微粒化物の生成がジェットブレイクアップにおいて支配的となる条件を明らかにするため、実験でジェット相の粘性の影響が調べられている。しかし、冷却相の粘性がジェット挙動に与える影響については未だ調べられていない。そこで、3次元二相流体格子ボルツマンモデルによるジェット挙動の数値シミュレーションによって冷却相の粘性がジェット挙動に及ぼす影響を考察し、その結果、冷却相の粘性が小さくなるとジェットの微粒化が活発となることが分かった。このことから、実機条件におけるジェット挙動の評価には粘性比を合せることが必要と考えられる。

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