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堀口 直樹; 吉田 啓之; 北辻 章浩; 長谷川 信*; 岸本 忠史*
Proceedings of 30th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE30) (Internet), 7 Pages, 2023/05
我が国のエネルギー安全保障の観点および環境負荷低減の観点から、軽水炉の連続運転が不可欠である。PWRの水質管理にはLi-7イオンを濃縮したpH調整剤が必要であり、Li-7濃縮技術の開発が重要課題の一つである。環境負荷の少ない技術としてマルチチャンネル向流電気泳動(MCCCE)法が開発されている。これを実用化するためには、チャネル内のLi-7イオン挙動を把握し、Li-7と他同位体を分離させるため実験条件を最適化する必要がある。本報告では、実機の単一チャンネル内のLi-7イオン挙動を把握することを目的に、原子力機構で開発した粒子追跡機能を有するCFDコードTPFIT-LPTをベースとしたイオン挙動の数値シミュレーション手法を開発した。本手法では、電場下のイオンの運動を、電場による速度を粒子に付加して運動させることで模擬した。同位体の運動の差異は付加速度の大きさを変更して表現した。また、個々のイオン挙動を実験計測することは不可能であるが、数値シミュレーションの検証の為に、バルク流体の流速を測定することが重要であると考えた。そこで、実機の単一チャンネルを簡略化したラボスケール実験装置を開発し粒子画像流速計測法(PIV)により流速を測定することとした。実験装置には、実機の実験条件の一つであり数値シミュレーションで難しい条件の一つである脈動流条件を設定し、流速を測定した。結果として、脈動流が再現されることを確認した。この脈動流の実験データを数値シミュレーションの入口境界条件として設定し、数値シミュレーションを実施した。この結果として、電場の影響を受けたイオンが脈動しながら上流へ移動することを確認した。また、電場下の同位体の挙動の差異も確認した。
堀口 直樹; 吉田 啓之; 北辻 章浩; 福森 麻衣*; 竹村 友紀*; 長谷川 信*; 岸本 忠史*
no journal, ,
軽水炉冷却材の水質管理において、安全保障や環境問題を考慮したLi-7濃縮技術の開発が重要である。これらの面で革新的なマルチチャンネル向流電気泳動(MCCCE)法を実用化するためには、流路内のイオン挙動を把握する必要がある。本報では、濃縮実験装置の一部である単一チャンネルに着目して、内部のイオン挙動の把握を目的とした流動試験と、数値シミュレーションを実施した結果を述べる。模擬流体として水を用い、ポンプにより脈動を与えた流動試験により、流路内にポンプの駆動周波数よりも高周波の脈動が生じることを確認した。また、CFD手法をもとに、電場が付与されたイオンの運動を、相当する付加速度が加えられる微粒子として追跡する、イオン挙動数値シミュレーション手法を構築した。試験で取得した脈動のデータを入口条件に設定し、脈動流中を移動するイオン挙動を再現した。
堀口 直樹; 吉田 啓之; 北辻 章浩; 福森 麻衣*; 長谷川 誠*; 岸本 忠史*
no journal, ,
PWRの水質管理には、Li-7が濃縮されたpH調整剤が不可欠である。ここで必要なLi-7濃縮技術として、マルチチャンネル向流電気泳動(MCCCE)法を開発している。本研究では、濃縮実験におけるイオン挙動を把握するため、商用ソフトウェアを用いて取得した電場と、TPFIT-LPTを用いて取得した流れ場の3次元データを元に、長時間のイオン挙動をシミュレーションする手法を開発している。今回、実験流路を簡易化した平板型流路の内のイオン挙動に本手法を適用した結果を報告する。Li-7とLi-6イオンの数値シミュレーション結果から評価した分離係数は実験と同程度の値であり、本手法の妥当性を確認した。
堀口 直樹
no journal, ,
本発表では、マルチチャンネル向流電気泳動(MCCCE)法を用いたリチウム(Li)-7濃縮技術のための数値シミュレーションの概要について説明する。具体的には、数値流体力学コードTPFITと商用電場解析ソフトウェアを元にした数値シミュレーション手法と、MCCCE法を用いたLi-7濃縮試験装置の単一チャンネル内のLiイオン挙動の数値シミュレーション結果について説明する。