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宇佐美 力; 森山 清史; 錦沢 友俊; 中村 秀夫
JAERI-Tech 2005-028, 37 Pages, 2005/05
JAERI-Tech-2005-028.pdf:16.32MB
軽水炉シビアアクシデント時に炉心溶融物と冷却水の接触により発生する水蒸気爆発は、格納容器破損をもたらし得る現象の一つとして、安全研究上の課題とされてきた。水蒸気爆発の規模を予測するためには、初期条件となる高温液体の水中での混合状態に関する理解が必要だが、実験でそれを観察する場合には、発生した蒸気泡等のために可視光による観察が難しい。これを観察するためにはX線による透過撮影が適していると考えられる。そこで、撮像速度4500コマ/秒のイメージ・インテンシファイア付き高速度ビデオカメラと、CdWO
単結晶,ZnS(Ag),CsI(Tl)の3種類のシンチレータ(蛍光板)を用いた高速度X線撮影法について実験により検討した。被写体は水槽中に置いた金属物体及び気泡である。実験の結果、3種類のシンチレータのうち、CsI(Tl)により最も良好な画像が得られ、4500コマ/秒の高速撮影ができることを確認した。しかし、撮影した画像を1コマ抜き出した静止画ではノイズが大きくなり、画像が不鮮明になった。
三島 嘉一郎*; 日引 俊*; 斉藤 泰司*; 杉本 純; 森山 清史
Nucl. Eng. Des., 189(1-3), p.391 - 403, 1999/00
被引用回数：13 パーセンタイル：68.53(Nuclear Science & Technology)水蒸気爆発の粗混合過程における溶融物液滴の水中での挙動を調べるため、物質による中性子の減衰特性を利用した中性子ラジオグラフィを用いた可視化を行った。このために高感度かつ高速度の中性子ラジオグラフィ装置を開発した。実験体系は金属を650
Cまで加熱して溶融する炉と高さ40cm、幅20cmのアルミニウム製の矩形重水プールから成り、ウッドメタルを溶融して連続したジェットまたは液滴として重水中に落下させて、溶融金属の分散及び混相流挙動を可視化した。得られた画像から、水、蒸気または空気泡、溶融金属のジェットまたは液滴、雲状の金属細粒を区別できることがわかった。また、実験後デブリを回収し、粒径分布と形状を調べて混合挙動との関係を検討した。
斉藤 泰司*; 三島 嘉一郎*; 日引 俊*; 山本 晃弘*; 杉本 純; 森山 清史
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 424(1), p.142 - 147, 1999/00
被引用回数：16 パーセンタイル：74.07(Instruments & Instrumentation)水蒸気爆発の粗混合過程における溶融物液滴の水中での挙動を調べるため、溶融物液滴を加熱したステンレス鋼粒子で模擬し、原研のJRR-3Mにおいて新たに開発された高速度中性子ラジオグラフィによる可視化実験を行った。また、撮影された画像をもとにしてボイド率の定量化を行った。実験体系は、高さ40cm、幅20cmの重水プール中に直径6~12mm、初期温度600~1000Cのステンレス鋼球を落下させるもので、撮影速度は毎秒500コマである。ボイド率測定から、蒸気発生量は粒子サイズと粒子の初期温度にほぼ比例して増加していることがわかった。
山野 憲洋; 森山 清史; 丸山 結; H.Park*; Y.Yang*; 杉本 純
JAERI-Conf 97-011, p.447 - 466, 1998/01
シビアアクシデント時に発生し得る水蒸気爆発の初期条件である粗混合状態を知るためには、溶融物ジェットの分散と細粒化を調べる必要がある。そこで、原研ではALPHA計画において、ジェット分散実験を開始した。現在までに鉛ビスマス合金を飽和水中に落下する実験を2回行い、背後から照明をあてジェットの分裂挙動を高速度カメラで撮影するとともに、水蒸気発生量の時間変化を測定して映像と関連づけた。実験後にはデブリを回収して、その粒子径分布や形状を調べた。この実験を、原研で開発中のJASMINEコードにKelvin-Helmholtz不安定性に基づくジェットの分裂モデルを入れて解析したところ、ジェットの沈降速度を測定より遅く予測した。また、水蒸気発生量の予測値は水プール内の初期水温分布に強く依存することが示され、実験において計測を強化する必要があることが明らかになった。
Park, H.; 山野 憲洋; 丸山 結; 森山 清史; Yang, Y.; 杉本 純
第35回日本伝熱シンポジウム講演論文集,3, p.803 - 804, 1998/00
温度範囲55Cから飽和温度近傍までの冷却水を初期温度2500Cのテルミットに注入する場合のFCIの強度に対する系の拘束の影響を実験によって調べた。実験で測定された機械的エネルギーは、系の拘束が弱いときは冷却水のサブクール度の増加とともに増加したが、拘束が強い系では逆に減少した。これにより、FCIによる機械的エネルギー発生は時間スケールの短い溶融物の細粒化による混合の促進と、時間スケールの長い溶融物細粒の冷却という、2つの異なる時間スケールの現象により支配されていることがわかった。
Park, H.; 山野 憲洋; 森山 清史; 丸山 結; Y.Yang*; 杉本 純
Proc. of 11th Int. Heat Transfer Conf. (Heat Transfer 1998), 6, p.69 - 74, 1998/00
CI(Coolant Injection)モードのFCIの強さに対する冷却水ジェットのサブクール度、運動エネルギー及び系の拘束の影響を実験により調べた。測定された機械的エネルギーは、系の拘束が弱いときは冷却水のサブクール度の増加とともに増加したが、拘束が強い系では逆に減少した。また、冷却水の速度の増加とともに増加した。この結果は溶融物内での冷却水ジェットの貫入と分散がFCIの強度を決める重要な要素であることを示唆する。現象の基礎的な物理を理解し、実験における粗混合条件を推定するために、非沸騰・等温系でジェットをプールに注入する可視化実験を行い、また数値シミュレーションを行った。
H.S.Park*; 山野 憲洋; 丸山 結; 森山 清史; Y.Yang*; 杉本 純
Proc. of 1998 ASME/JSME Joint Pressure Vessels and Piping Conf., 362, p.49 - 56, 1998/00
冷却水が強制的にテルミット溶融物に注入される場合(Coolant Injection (CI) mode)のFCIの強さに対する冷却材ジェットの運動エネルギーの影響を調べるために6ケースの実験を行った。注入圧0.15MPaの場合、強いFCIは見られなかった。注入圧を0.5MPaまで増加させるとFCIによる機械的エネルギーは注入圧に線形に5kJまで増加する傾向を示した。冷却水ジェットの運動エネルギーが増加すると粗混合が促進され、このためFCIがより激しくなると考えられる。非沸騰・等温系での可視化基礎実験を行い、得られた相関式で評価すると、冷却材ジェットは溶融物層の底まで到達し、残った運動量により溶融物と冷却材の混合が促進されたと考えられる。
H.Park*; 山野 憲洋; 丸山 結; 森山 清史; Y.Yang*; 杉本 純
Proc. of 6th Int. Conf. on Nucl. Eng. (ICONE-6) (CD-ROM), 12 Pages, 1998/00
冷却材注入(CI)モードの溶融物冷却材相互作用(FCI)実験を7ケース行い、冷却材のサブクール度がFCIの強さに及ぼす影響を調べた。FCIによる機械的エネルギー放出量は冷却材サブクール度を2Kから45Kまで増加させたとき、ほぼ0から0.6kJまで増加する傾向を示した。エネルギー変換率もこれとともに増加し、また、デブリの平均粒径は減少した。冷却材をスプレー状にして注入した場合、FCIのエネルギーは小さかった。冷却材のサブクール度が大きい場合ジェットは溶融物により深く貫入し、良好な粗混合条件を作り、強いFCIをもたらすと考えられる。非沸騰・等温系で行った可視化実験から得られた相関式により評価すると、実験では冷却材ジェットが溶融物層の底に着いた後、さらに残った運動量により溶融物と冷却材の混合が促進されたと考えられる。
山野 憲洋; 丸山 結; 森山 清史; 杉本 純
NEA/CSNI/R(96)24, 0, p.1 - 49, 1996/00
シビアアクシデント時に溶融炉心が圧力容器内で冷却されずに原子炉キャビティ等に落下すると、溶融炉心がコンクリートを分解侵食する恐れがある。この溶融炉心コンクリート相互作用を防止するために冷却水を注入することが考えられるが、その有効性は明らかではなく、逆に、大規模な水蒸気爆発に至る恐れもある。そこで、水の注入による溶融炉心の冷却可能性や水蒸気爆発について、知見の現状、不確実性、今後必要とされる研究をまとめるとともに、現時点での知見に基づいて最善と思われるアクシデントマネジメント手法についての提案を行った。
山野 憲洋; 丸山 結; 森山 清史; 工藤 保; H.S.Park*; 杉本 純
Proc. of 11th KAIF/KNS Annual Conf., 0, p.827 - 838, 1996/00
原研のALPHA計画では溶融炉心冷却材相互作用試験において、原子炉のシビアアクシデント時に溶融炉心と冷却材が接触した場合に起こる種々の相互作用について広範な研究を実施している。溶融物落下水蒸気爆発実験では、溶融炉心が冷却材中に落下した場合の水蒸気爆発の特性や種々のパラメータが水蒸気爆発の発生に与える影響について調べている。溶融物冷却性実験では、アクシデントマネジメントとして溶融炉心に冷却材を注入した場合を想定し、注水モードによる相互作用の違いを調べた。これらの研究から得られた成果は国のアクシデントマネジメントの検討等にも用いられている。新たにTMI-2号炉事故でみられたような圧力容器内底部に溜まった水中に溶融炉心が流れ込んだ場合の溶融炉心の冷却機構を調べる研究を開始した。これらの実験研究とともに、水蒸気爆発解析コードJASMINE等、計算モデルの開発も実施している。
森山 清史; 山野 憲洋; 丸山 結; 工藤 保; 永野 勝尋*; 荒木 和博*; 杉本 純
JAERI-Data/Code 95-016, 50 Pages, 1995/11
JAERI-Data-Code-95-016.pdf:1.61MB
原子炉のシビアアクシデント時に格納容器の健全性を脅かす可能性を持つと考えられている水蒸気爆発現象の全過程のシミュレーションを目的とした解析コードJASMINE(JAeri Simulator for Multiphase INteraction and Explosion)を開発している。粗混合過程に関するモデルは(株)富士総合研究所が開発した粗混合解析コードMISTRALを基に、多相間の相互作用を記述する構成式や流動様式モデル等を粗混合過程解析のために変更したものである。試計算として固体粒子と水の混合についてのGlibertsonらの非加熱体系の実験、Angeliniらの加熱粒子を用いた実験(MAGCO)の条件で解析を行い、実験結果および他のコードの計算結果との比較を行った。
森山 清史; 山野 憲洋; 丸山 結; 工藤 保; 永野 勝尋*; 荒木 和博*; 杉本 純
Proc., Seminar on the Vapor Explosions in Nuclear Power Safety,Kanzanji 1995, p.87 - 102, 1995/00
水蒸気爆発の全過程を解析する解析コードJASMINEの開発を行っている。現在開発を進めている粗混合モデルは、富士総研が開発した汎用二相流解析コードMISTRALを基に、水-蒸気の2相に溶融炉心の相を加えた3相モデルへの拡張、流動様式モデル、構成式の変更を行ったものである。固体粒子を用いたGilbertsonらの非加熱体系の実験、沸騰体系でのMAGICO実験の条件で解析を行い、実験結果およびAngeliniらのPM-ALPHAコードによる解析結果と比較して良好な一致を得た。今後、溶融物のブレークアップモデルの検証と改良、サブクール条件での安定性の改善、およびALPHA実験のデータに基づくモデルの改良を行うことにしている。伝播モデルについては、現在その基本的な枠組みについて検討している。
山野 憲洋; 森山 清史; 丸山 結; 工藤 保; 杉本 純
Proc., Seminar on the Vapor Explosions in Nuclear Power Safety,Kanzanji 1995, 0, p.121 - 139, 1995/00
現在実施されている水蒸気爆発に関する大規模実験のうち代表的なものを紹介した。水蒸気爆発の機構は、初期粗混合、トリガー、衝撃波の拡大伝播、爆発領域の膨張の4段階に分けて考えるのが一般的であるが、その各段階に対応させて実験を分類した。まず、初期粗混合についてはFARO実験や高温粒子を用いる実験を、衝撃波の拡大・伝播についてはKROTOS実験を、爆発領域の膨張に関連してエネルギー変換効率を求める実験としてWFCI実験等を取り上げ、装置や実験結果を紹介した。また、化学反応の影響を調べる実験についても紹介した。続いて、原研のALPHA計画の溶融物落下水蒸気爆発実験について実験の概要や現在まで得られた成果、現状、今後の目指す方向について述べた。
杉本 純; 橋本 和一郎; 山野 憲洋; 丸山 結
日本原子力学会「原子炉格納容器信頼性実証試験に関する調査報告書,平成5年度」, 0, p.3 - 192, 1994/00
原子力学会では、平成3年度から3年間にわたり格納容器内熱流動挙動調査研究特別専門委員会を設置し、主としてシビアアクシデント時の格納容器内現象や新型格納容器に関する熱流動現象について調査研究を実施してきた。最終年度にあたる今年度に3年間の活動をまとめた報告書を作成することになり、著者らに原研で実施している研究を踏まえて関連分野について執筆するように要請があった。そこで、シビアアクシデント時の格納容器内熱流動挙動の概要、原研における水蒸気爆発実験、原研におけるデブリベッド冷却に関する実験と解析、原研における溶融炉心とコンクリート相互作用に関する実験と解析、格納容器フィルターベント、プールスクラビングの各項につき、ALPHA計画やソースターム評価試験(EPSI)、損傷炉心冷却性等の実験や解析で得られた知見をまとめた。
8日(サンタバーバラ, 米国)秋山 守*; 山野 憲洋
日本原子力学会誌, 35(7), p.630 - 631, 1993/07
OECD/NEA/CSNIが主催し、米国原子力規制委員会(USNRC)とカリフォルニア大学サンタバーバラ校(UCSB)が共催する溶融燃料冷却材相互作用(FCI)に関する専門家会議が、平成5年1月5日から8日まで米国カリフォルニア州サンタバーバラで開催された。会議には、米、英、仏、独、カナダ、フィンランド、スウェーデン、ベルギー、EC(共同研究所JRC)から約60名が参加し、26編の論文が発表された。日本からは著者2名が参加した。会議の主要課題は水蒸気爆発で、初期混合とクエンチ、伝播とエネルギー論、その他の実験、オープンフォーラム、総合的評価とリスクの側面、パネルディスカッションのセッションに分かれて発表と質疑応答、討論がなされた。本報告は会議の内容を簡単に紹介したものである。
山野 憲洋; 杉本 純; 丸山 結; 早田 邦久
NUREG/CP-0127, 0, p.271 - 281, 1993/00
原子炉の炉心溶融事故時に発生する溶融物と冷却材の相互作用を調べるため、原研では事故時格納容器挙動試験(ALPHA)計画の中で、溶融物落下水蒸気爆発実験と溶融炉心冷却性実験を実施している。溶融物落下水蒸気爆発実験ではテルミット(アルミニウムと酸化鉄の混合物)を燃焼して高温溶融物を作り水プール中に落下させた。テルミットの量や雰囲気圧力が水蒸気爆発の発生に与える影響を調べるとともに、水蒸気爆発が発生した時には熱から機械的エネルギーへの変換効率を求めた。雰囲気圧力が高い時や分散板で落下溶融物を強制的に分散させた場合には水蒸気爆発の発生が抑制されるのがわかった。溶融炉心冷却性実験ではテルミットで模擬した溶融炉心に水をかけて水蒸気爆発の発生を調べるとともに、溶融物表面から上方の水プールへの熱除去量を評価した。いずれの実験でも生成したデブリの粒径分布等を調べた。
L.S.Nelson*; 更田 豊志; Eatough, M. J.*; F.J.Vigil*
第27回日本伝熱シンポジウム講演論文集, p.319 - 321, 1990/05
本発表では、発表者がSFD/EPST協定に基づく駐在員として米国サンディア国立研究所滞在中に行なった小規模アルミニウム/水反応実験の結果をもとに、溶融アルミニウムの水蒸気発生条件について報告する。実験内容は7~10gの溶融アルミニウムを水中に落下させ、外部圧力波を印加することによって水蒸気爆発をおこさせたもので、溶融アルミニウムの水蒸気爆発は外部圧力波の強度だけでなく形状にも強く依存することなど、アルミニウムの水蒸気爆発発生条件を明らかにした。
