溶融シリコンの水蒸気爆発に関する研究

森山 清史; 丸山 結*; 中村 秀夫

JAERI-Research 2002-021, 36 Pages, 2002/11

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シリコンは、軽水炉の炉心構成材料であるジルコニウムと同様に酸化し易い材料であり、また、半導体産業で溶融物が扱われるため、その水蒸気爆発挙動に関心がもたれている。そこで、シリコン溶融物の水蒸気爆発特性及び水蒸気爆発における酸化反応の影響について実験によって調べた。実験は水プールへ溶融物を投下する体系で行い、2回の実験でともに激しい自発的水蒸気爆発が発生した。エネルギー変換率は従来のテルミット溶融物による実験と比較して同等からやや大きい程度で4~9%であり、溶融物の細粒化はこれまでの実験よりかなり進んでおり、デブリの質量中央径は65~85mであった。デブリ表面の酸化膜に関する分析により、5m程度の厚さの酸化膜が認められ、シリコンの数%が酸化した可能性がある。

Fuel-coolant interaction experiments in ALPHA program

杉本 純; 山野 憲洋; 丸山 結; 日高 昭秀; 早田 邦久

Proc. of the 5th Int. Topical Meeting on Reactor Thermal Hydraulics,Vol. III, p.890 - 897, 1992/00

原研のALPHA計画では、シビアアクシデントを対象として、(1)貫通部リーク定量化試験、(2)溶融炉心冷却材相互作用試験、(3)溶融炉心コンクリート相互作用試験、(4)エアロゾル挙動試験の4項目の試験を行うこととしている。本論文では、溶融炉心冷却材相互作用試験のうち、テルミット反応により生成した溶融物10kg及び20kgを水中に落下させ、水蒸気爆発を起こさせた実験結果について記述している。高速度カメラの観察から、水蒸気爆発のトリガーは水面近くで発生することが認められた。溶融物の熱エネルギーから運動エネルギーの変換効率は1%未満と評価した。自発的な水蒸気爆発は、落下途中の溶融物を人工的に分散させることにより、また、系圧力を1.6MPa程度に高めることにより、その発生が大きく抑制されることが確かめられた。