The Development of a Multiphysics Coupled Solver for Studying the Effect of Dynamic Heterogeneous Configuration on Particulate Debris Bed Criticality and Cooling Characteristics

Li, C.-Y.; Wang, K.*; 内堀 昭寛; 岡野 靖; Pellegrini, M.*; Erkan, N.*; 高田 孝*; 岡本 孝司*

Applied Sciences (Internet), 13(13), p.7705_1 - 7705_29, 2023/07

https://doi.org/10.3390/app13137705

For a sodium-cooled fast reactor, the capability for stable cooling and avoiding re-criticality on the debris bed is essential for achieving in-vessel retention when severe accidents occur. However, an unexploited uncertainty still existed regarding the compound effect of the heterogeneous configuration and dynamic particle redistribution for the debris bed's criticality and cooling safety assessment. Therefore, this research aims to develop a numerical tool for investigating the effects of the different transformations of the heterogeneous configurations on the debris bed's criticality/cooling assessment. Based on the newly proposed methodology in this research, via integrating the Discrete Element Method (DEM) with Computational Fluid Dynamics (CFD) and Monte-Carlo-based Neutronics (MCN), the coupled CFD-DEM-MCN solver was constructed with the originally created interface to integrate two existing codes. The effects of the different bed configurations' transformations on the bed safety assessments were also quantitively confirmed, indicating that the effect of the particle-centralized fissile material had the dominant negative effect on the safety margin of avoiding re-criticality and particle re-melting accidents and had a more evident impact than the net bed-centralized effect. This coupled solver can serve to further assess the debris bed's safety via a multi-physics simulation approach, leading to safer SFR design concepts.

The Concept of axially heterogeneous high conversion light water reactor and its application

奥村 啓介; 秋江 拓志; 石黒 幸雄

Proc. of Int. Conf. on the Physics of Reactors; Operation, Design and Computation, Vol. 4, p.101 - 110, 1990/00

高転換比と高燃焼度を同時に達成し得る軸方向非均質型高転換軽水炉の核設計検討を行った。先ず、現行3ループPWR程度の熱出力を確保できる二重扁平炉心を想定し、減速材対燃料体積比、炉心長、ブランケット厚さ等を変数とするパラメータ・サーベイを一次元炉心燃焼計算により実施した。その結果に基づき、具体的な二重扁平炉心の設計仕様を決定し、3次元炉心燃焼計算による詳細な炉心核特性評価を行った。径方向寸法及びPuインベントリが比較的大きくなるが、燃焼度56GWd/t相当、核分裂性Pu残存比0.86という高い燃焼性能が達成される。また、高転換軽水炉の核設計上の問題点であったボイド反応度特性及び制御性はともに良好である。さらに、径方向炉心寸法の縮小、高出力化を目的とし、二重扁平炉心を一般化した多重扁平炉心についても設計パラメータの最適化を図った。

FCA XII-1集合体におけるドップラー効果の測定

岡嶋 成晃; 向山 武彦

JAERI-M 85-218, 20 Pages, 1986/01

JAERI-M-85-218.pdf:0.55MB

FCA XII-1集合体において、内部ブランケットおよび炉心領域でのドップラー反応度価値を測定した。また、炉心領域がナトリウムポイド状態でのドップラー効果も測定した。実験にはサンプル加熱法を用い、室温から800Cまでサンプル温度が上昇した場合の反応度変化を110k/kの精度で測定した。解析には、70群群定数JFS-3-J2を用い、測定値と比較した。内部ブランケット領域および炉心領域では,計算値と実験値は良い一致を示した。一方、ナトリウムポイド状態に対しては、計算は実験値を過小評価している。