Unit sphere concept for macroscopic triggering of large-scale vapor explosions

丸山 結*; 森山 清史; 中村 秀夫

Journal of Nuclear Science and Technology, 39(8), p.854 - 864, 2002/08

https://doi.org/10.3327/jnst.39.854

高温液体粒子,低温液体及びその蒸気から成る大規模粗混合領域における自発的蒸気爆発のトリガリングに関する単位球体コンセプトを開発した。粗混合領域内に、単位構造として球体が形成されると仮定し、単位球体の中心に1個の高温液体粒子,表面に12個の近接粒子を配置させる。単位球体コンセプトでは、中心粒子で発生する機械的エネルギーと近接粒子を覆う蒸気膜の機械的崩壊に要するエネルギーとの比及び中心粒子で発生する機械的エネルギーが溶融状態にある近接粒子に到達する確率をトリガリングの指標とした。本コンセプトから、高温液体としてのアルミナ粒子及び低温液体としての水から構成される粗混合領域では、コリウムの場合に比べてより小さい水のサブクール度でトリガリングが生じること,雰囲気を0.5MPa程度まで昇圧させた場合には、アルミナ,コリウムともに水蒸気爆発の発生が抑制されるという知見を得た。KROTOS実験の解析を実施し、コリウムの場合、アルミナと比較して第2の指標が小さくなることが判明した。このことは、コリウム粒子を含む粗混合領域においてトリガリングが相対的に生じがたいことを示唆する。さらに、溶融スズジェットを水層に突入させる一連の実験を行い、第2指標が定性的に適切であることを確認した。

シビアアクシデントの伝熱流動現象における素過程に関する研究; 急速相変化と界面挙動, 原子力基礎研究 H10-027-1 (委託研究)

成合 英樹*

JAERI-Tech 2002-009, 60 Pages, 2002/03

JAERI-Tech-2002-009.pdf:7.73MB

本研究は、シビアアクシデント事象の伝熱流動過程のうち現象が最も不確定な素過程である溶融炉心冷却と凝固や蒸気爆発の事象解明を目的に、急速相変化と界面挙動について実験と解析により検討した。そのためにまず、各物性値と蒸気爆発や溶融凝固挙動との関連検討や支配的要因の摘出を行った。次に、自発的蒸気爆発における両液直接接触時の界面での高温融体側の挙動と水の急激な沸騰挙動の観察を行い、物性値の違いが界面挙動に及ぼす影響を調べるとともに、両液直接接触時の界面挙動のモデル化を行った。最終的に、圧力波発生装置を用いて単一溶融液滴に外部圧力波をあて、強制的に蒸気膜を崩壊させることによって、直接接触から微粒化に至る条件を明らかにした。本実験で得られた知見を実炉規模での大規模蒸気爆発実験に適用した結果、酸化ウランは水中において蒸気膜が崩壊したとしても、溶融物表面は固化し固液接触となる可能性が高く、酸化ウランを使用する軽水炉の場合、実炉で想定される事故シーケンスにおいては蒸気爆発の発生する可能性が低いことが示された。ただし、金属成分の混入による凝固温度の低下や溶融炉心温度の上昇には注意を要する。

高温ガス炉-水素製造システムの安全設計の考え方の提案; 火災・爆発事故対策を中心に

西原 哲夫; 羽田 一彦; 塩沢 周策

JAERI-Research 97-022, 110 Pages, 1997/03

JAERI-Research-97-022.pdf:4.1MB

高温ガス炉-水素製造システムの安全性に関する検討を行い、以下に示す安全設計の考え方等を提案した。原子炉建家内部の火災・爆発に対しては、その破損により可燃性物質が流入するおそれのある機器・配管を耐震レベルAもしくはC(S)で設計し、これらの配管を引き回すトレンチ等を窒素雰囲気とすることを提案した。原子炉建家外部の火災・爆発に対しては、水素製造プラントと原子炉の安全上重要な機器との間に離隔距離を取ることを提案した。対象とすべき事故は、大規模液面火災、ファイヤーボール、容器内爆発及び蒸気雲爆発とし、特に蒸気雲爆発に対しては新しい評価方法の考え方を提案した。システム配置上近接立地が要求される場合には、可燃性物質貯蔵タンクを地下埋設式常圧貯蔵タンクとし、強制排気システムを設置することを提案した。

蒸気爆発進展過程における膜沸騰の崩壊挙動に関する研究

八木 理公; 阿部 豊*; 安達 公道*; 小林 朋能*; 山野 憲洋; 杉本 純

JAERI-Research 96-032, 152 Pages, 1996/06

JAERI-Research-96-032.pdf:4.05MB

熱的デトネーションモデルに基づく蒸気爆発進展過程の予備的シミュレーションを行った結果、膜沸騰を崩壊させるために必要となる蒸気爆発素過程の移行条件としての圧力条件が蒸気爆発発生の有無に極めて重大な影響を及ぼすことを明らかにした。そこで、高温の炭素鋼球またはステンレス鋼球表面上に膜沸騰を形成させ、圧力波による強制的な膜沸騰の崩壊挙動を観察し、膜沸騰崩壊条件に関する基礎的な実験を実施した。特にステンレス鋼球の実験の場合、鋼球表面温度は圧力波の通過により急激に降下し、圧力波が通過した直後の鋼球の表面温度変化から、膜沸騰の崩壊挙動が膜沸騰の非崩壊、崩壊、崩壊後再発生の3パターンに分類できることを確認した。また、本実験条件の範囲においては膜沸騰の崩壊させるのに必要となる圧力が鋼球の初期温度に強く依存することを確認した。

Questionnaire on vapor explosions in nuclear power safety

成合 英樹*; 杉本 純; 村松 健

Proc. of Seminar on the Vapor Explosions in Nuclear Power Safety, 0, p.175 - 192, 1996/00

我が国の原子炉安全関係者を対象として、蒸気爆発が原子力安全に及ぼす影響について、それぞれの立場から検討するとともに、蒸気爆発に関する今後の研究・開発の参考資料とするためのアンケート調査を実施した。蒸気爆発セミナー参加者、原子力学会格納容器内熱流動研究特別委員会、原子力安全委員会、原子炉安全総合検討会、原研シビアアクシデント研究委員会、原研配管信頼性実証試験研究委員会、及びOECD関係国内委員に調査票を送付し計44件の回答を得た。回答結果から、圧力容器内より格納容器内での蒸気爆発に起因する格納容器破損の可能性の方が大きいと評価する人が多いこと、評価の根拠は工学的判断とこれまでの知見の総合とした人がほとんどであること、蒸気爆発の専門家と非専門家の回答に有意な差があったこと、蒸気爆発のメカニズムの解明が今後の研究にとって最も重要と考えている人が多いことなどが明らかとなった。

Fault tree analysis of system anomaly leading to red oil explosion in plutonium evaporator

野村 靖; R.Leicht*; P.Ashton*

Journal of Nuclear Science and Technology, 31(8), p.850 - 860, 1994/08

https://doi.org/10.3327/jnst.31.850

典型的な再処理施設モデルのプルトニウム蒸発缶におけるレッドオイル爆発を誘引するおそれのあるシステム異常に対して、そのシナリオ同定、信頼性データの整備、フォールトツリー構築及び解析を行ったので、その結果を報告する。ドイツのモデル再処理施設の場合のシステム異常の発生頻度は、有機溶媒が蒸発缶に流入するシステムエラーの発生頻度2.610/yrに対して、蒸発缶内部の溶液が150C以上に加熱・継続される異常状態の発生確率1.010をかけて、2.610/yrと評価された。

ANDES: A Computer Code for Fuel/Coolant Interaction Analysis under LWR and LMFBR Conditions; Analytical Model and Code Manual

藤城 俊夫; 斎藤 伸三

JAERI-M 9306, 40 Pages, 1981/02

JAERI-M-9306.pdf:0.89MB

本解析コードは燃料破損に伴なって生じる燃料・冷却材相互作用の過渡挙動解析のために開発したものであり、UO・軽水およびUO・ナトリウムの組合せに適用することができる。解析モデルは、冷却材中に飛散した高温の燃料片が混合領域内で冷却材と均一に混合、冷却材を急過熱して蒸気を発生するものとし、混合領域が流路に沿って一次元的に膨脹するとしている。混合領域の拘束条件としては音響的拘束と慣性拘束の両モデルが組込まれている。入力により燃料粒子径分布、混合時間、燃料、冷却材比、流路形状、燃料、冷却材高期条件、燃料・冷却材間の熱伝達率等を指定することができ、各種条件の下での圧力パルスの発生、冷却材スラグの噴出、混合領域の過渡的な状態変化等が解析できる。