Aerosol experiments and measurement techniques on pool scrubbing-related source term issues

Lebel, L. S.*; Morreale, A. C.*; Freitag, M.*; Gupta, S.*; Allelein, H.-J.*; Klauck, M.*; 孫 昊旻; Herranz, L. E.*

Proceedings of 19th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-19) (Internet), 16 Pages, 2022/03

Properly assessing pool scrubbing decontamination factors or radionuclide re-entrainment rates in a reactor safety analysis needs to be supported by a sufficiently robust experimental dataset, based on well qualified aerosol measurement techniques. A review of different pool scrubbing-related source term experiments has been conducted, along with a comparison of the measurement techniques that have been employed. In most areas, a fairly robust dataset exists to assess decontamination factors, but there is still a need to better understand some of the underlying aerosol mechanisms. The available dataset of re-entrainment experiments is smaller, and has gaps, for example, in pools with high velocity gas injections, or with re-flooded corium applications where the pool is undergoing film boiling. There are also many measurement techniques (e.g., cascade impactors, light scattering techniques, phase Doppler anemometry, etc.) that have different capabilities and are suitable for studying different aspects of the experiments. Linking the results that the techniques give, and how their results can ultimately be employed in safety analysis (including uncertainty quantification), is an important consideration in applying the results. This work was performed as a collaborative activity within the framework of the NUGENIA IPRESCA (Integration of Pool scrubbing Research to Enhance Source-term Calculations) project.

Experimental study on aerosol transport behavior in multiple cells with expandable connecting pipe for safety assessment of sodium-cooled fast reactors

梅田 良太; 近藤 俊樹; 菊地 晋; 栗原 成計

Proceedings of 28th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE 28) (Internet), 9 Pages, 2021/08

https://doi.org/10.1115/ICONE28-61200

本研究では、セル間のエアロゾル移行挙動に関する基本的な情報を得るために、複数のセルや連通管を有する試験装置(MET)を製作し、予備的な実験を行った。予備実験では、水平または垂直に接続された2つのセルによる試験体系において、模擬粒子を使用し、その移行挙動を測定した。その結果、画像や沈降データなどの結果から、水平セルまたは垂直セルに移動する模擬粒子の挙動を確認することができた。

Experimental study on aerosol collection by spray droplets; Application to fission products removal in containment

孫 昊旻; Leblois, Y.*; Gelain, T.*; Porcheron, E.*

Proceedings of 2020 International Conference on Nuclear Engineering (ICONE 2020) (Internet), 11 Pages, 2020/08

https://doi.org/10.1115/ICONE2020-16857

During a severe accident of PWR, fission products (FPs) may be released. Containment spray can be utilized to remove the aerosols of FPs. Therefore, it is important to develop an analytical model for predicting aerosol removal efficiency. The containment spray has high spray coverage ratio where the droplets are expected to impact side walls. In such condition, the gas flow induced by droplets will behave differently from that without droplet impaction where a stable gas circulation is expected. Since the aerosol removal efficiency depends on gas flow, to develop the removal model for the containment spray from this viewpoint, several experiments were carried out in TOSQAN facility. It was confirmed that the spray coverage ratios were comparable to that of the containment spray and many droplets impacted side wall. Aerosol removal was found to be more effective in higher spray water flow rates. Aerosol concentration decay calculated by CFD was in agreement with measured one.

Experimental investigation of decontamination factor dependence on aerosol concentration in pool scrubbing

孫 昊旻; 柴本 泰照; 岡垣 百合亜; 与能本 泰介

Science and Technology of Nuclear Installations, 2019, p.1743982_1 - 1743982_15, 2019/06

https://doi.org/10.1155/2019/1743982

Because a pool scrubbing is important for reducing radioactive aerosols to the environment for a nuclear reactor in a severe accident situation, many researches have been performed. However, decontamination factor (DF) dependence on aerosol concentration was seldom considered. DF dependence in the pool scrubbing with 2.4 m water submergence was investigated by light scattering aerosol spectrometers. It was observed that DF increased monotonically as decreasing particle number concentration in a constant thermohydraulic condition. Two validation experiments were conducted to confirm the observed DF dependence. In addition, characteristics of the DF dependence in different water submergences were investigated experimentally. It was found the DF dependence became more significant in higher water submergence.

界面追跡法に基づく界面でのエアロゾル粒子捕集挙動解析手法の開発

吉田 啓之; 上澤 伸一郎; 堀口 直樹; 宮原 直哉; 小瀬 裕男*

第23回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集(USB Flash Drive), 5 Pages, 2018/06

原子力発電所の過酷事故対策では、エアロゾル中の放射性微粒子の、気液界面を介する捕集が考えられている。このような微粒子の捕集は、ベンチュリスクラバなどで工業的に実用化されているが、その捕集メカニズムは十分には解明されておらず、事故時の多様な状況での評価は十分とは言い難い。そこで原子力機構では、気液界面での微粒子捕集挙動の解明のための研究を開始した。本報では、界面追跡法に基づく二相流解析コードTPFITに粒子追跡機能を組み込むことで開発中の解析手法の概要及び予備解析の結果を報告する。

液滴界面近傍におけるエアロゾル挙動の可視化計測

上澤 伸一郎; 吉田 啓之

混相流シンポジウム2017講演論文集(USB Flash Drive), 2 Pages, 2017/08

液滴によるエアロゾル粒子の捕集は、多くの産業分野で実用化されている。近年では液滴による放射性エアロゾル粒子の捕集が、原子力分野でも実用化さている。エアロゾル粒子除去の物理機構には、さえぎり、慣性衝突、ブラウン運動による拡散、重力沈降、静電引力があると考えられているが、エアロゾル粒子は比較的微小かつ高速で運動することから、液滴によるエアロゾル粒子がそれらの物理機構によって捕捉されている様子を直接計測した例はない。本研究では、液滴によるエアロゾル粒子の捕捉挙動を明らかにするため、液滴周りのエアロゾル粒子群挙動を粒子画像流速測定法で計測した。さらに、液滴界面近傍のエアロゾル粒子の捕捉挙動を、対物レンズを備えた高速ビデオカメラを用いて観察した。その結果、液滴断面中心に飛来するエアロゾル粒子は、液滴界面近くで減速後に、液滴界面に捕捉されたことが確認された。しかしながら、液滴断面中心から離れた位置に飛来したエアロゾル粒子は、液滴界面に到達できず、液滴界面に捕捉されることはなかった。また、実験後の液滴界面と内部の観察から、液滴界面で捕捉されたエアロゾル粒子は液滴内部に移動することが確認された。

蒸気種遷移挙動評価手法の開発; FP蒸気種及びエアロゾルの化学形や、エアロゾルの物理的パラメータの評価に適用可能な測定技術の調査及び試計測に基づく適用可能性評価

高井 俊秀; 佐藤 勇*; 山下 真一郎; 古川 智弘

JAEA-Technology 2015-043, 56 Pages, 2016/02

JAEA-Technology-2015-043.pdf:23.14MB

ソースターム評価手法の高度化及び福島第一原子力発電所廃止措置に係る研究開発として、シビアアクシデント時に溶融燃料から放出される核分裂生成物(FP)の移行モデルの改良・高度化への適用に向けて、FPの化学挙動解明に向けた基礎基盤研究が実施されている。本研究では、FP移行モデルの改良に向けて必要となる、(1)放出直後からエアロゾル化するまでのFPの化学的な挙動や、(2)その後の化学挙動に影響を与えうるエアロゾル形状等の物理的パラメータの評価に適用可能な測定技術について調査するとともに、有望と考えられた分析手法については試計測により適用可能性を調べた。その結果、FP蒸気種及びエアロゾルの化学形の評価については、ラマン分光法が有望であり、室温同様、500Cに加熱した状態でも化学形の識別が可能であることが確認された。また、エアロゾルの化学形については、高温X線回折法も活用可能であることが確認された。一方、エアロゾルの物理的パラメータの評価については、カスケードインパクタで採取した試料を、透過型電子顕微鏡、エネルギー分散型X線分光法を用いて、観察・分析することが有望であることが確認された。

イオン励起発光顕微イメージング分光と大気マイクロPIXEを組み合わせたシステムによる大気中微粒子の分析

加田 渉*; 横山 彰人; 佐藤 隆博; 江夏 昌志; 神谷 富裕

放射線と産業, (136), p.40 - 45, 2014/06

http://ci.nii.ac.jp/naid/40020125409

イオンビーム照射により、試料から発生する可視光領域の発光(イオン誘起発光、Ion Luminescence: IL)を分光分析する測定装置に、両面凸レンズの顕微集光レンズを開発して付加することで、ILに対する感度が従来よりも3桁程度向上した。この分光技術を既存の大気マイクロPIXE(Particle Induced X-ray Emission)分析技術と組み合わせることにより、化学組成と元素組成を高感度に測定可能なILの顕微イメージング分光(Ion Luminescence Microscopic Imaging and Spectroscopy: ILUMIS)システムを開発した。本システムを用いて、大気中から採取した直径数mのエアロゾル粒子を個別に測定した結果、10分程度で粒子の元素組成と化合物の二次元イメージングの取得に成功した。今後は、大気中を長期間浮遊して越境汚染の伝播媒体となっているエアロゾルの固着・伝播メカニズムを解き明かす重要な情報が得られると考えられる。

大気中に浮遊するエアロゾルを遠隔画像計測するレーザーレーダー

大図 章

原子力eye, 51(11), p.68 - 71, 2005/11

http://ci.nii.ac.jp/naid/40006982021

大気環境中の放射性物質やエアロゾルの移行と予測、それら物質の分析とモニタリングに関する技術開発を目的として、原子力関連施設から放出されるエアロゾルをレーザーレーダー技術で探知する研究を行っている。この技術を用いて発生源近くのローカルな大気空間で精度よくエアロゾルの挙動をリアルタイムで計測するために開発した遠隔パーティクルカウンター測定器について報告する。これは、任意の遠隔空間のみに浮遊するエアロゾルを可視化してエアロゾル数量と相対的な粒径分布を計測するものである。現在、測定されるエアロゾル数量及び粒径の校正のため従来のエアロゾル計測器との比較試験を実施している。その結果、室内の56m離れた空間に浮遊する粒径0.5ミクロン以上のエアロゾルを本装置で計測できることがわかった。本計測手法は、浮遊するエアロゾルあるいは微粒子を計測するあらゆる分野に適用可能であり、特に産業分野での貢献が期待される。

Feasibility study of imaging lidar technique for remote particle counting

大図 章; 川北 裕司*; 岡本 隆太*

Proceedings of 7th International Congress on Optical Particle Characterization (OPC 2004) (CD-ROM), 5 Pages, 2004/00

従来の微粒子計測器は、装置周辺の大気に浮遊する微粒子を直接計測することによって微粒子数量及び粒径を求めるものである。これらの計測器は、空気吸引を基本とするために、計測に数分程度必要とし変動の激しい大気微粒子のリアルタイム計測は困難であり、かつ遠隔大気中の微粒子の直接計測は不可能であった。このような問題点を克服する方法として、イメージングライダーを用いた遠隔大気中の微粒子数量及び粒径分布をリアルタイムで計測可能な新規の粒子計測器を開発した。この計測器を校正するために室内試験を実施し、従来の粒子計測器で得られる計測結果と比較した。その結果、粒径0.6ミクロンまでの粒子数及び粒径分布がリアルタイムで首尾よく計測できることがわかった。