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浜田 広次; 栗原 成計
JNC TN9400 2003-031, 96 Pages, 2003/05
JNC-TN9400-2003-031.pdf:3.34MB
蒸気発生器水リーク時の高温ラプチャ型破損に対する伝熱管の構造健全性を合理的に評価するために、ナトリウム-水反応ジェットが隣接伝熱管に及ぼす熱的な影響を検討し、新伝熱モデル等の開発と適用解析を実施した。本報で得られた主な成果を以下にまとめる。(1)反応ジェットにさらされたターゲット伝熱管における熱流束および熱伝達率の詳細評価手法を開発した。本手法を用いると、従来のモデルと比較して熱流束を現実的に評価できることを確認した。 (2)反応ジェットと伝熱管の間の伝熱特性を二相流モデルで理論的に検討し、伝熱特性に及ぼすカバーガス圧力と流体温度の影響を考慮した新伝熱モデルを開発した。本モデルにより、合理的な実験整理式およびSWAT-1R等試験データに基づく実験係数の暫定値を導出することができた。(3)高温ラプチャ解析コードTRUEに新伝熱モデル等を反映し、SWAT-3等のナトリウム-水反応試験データにより、モデルの保守性を確認した。(4)新伝熱モデルによる英国大リーク事故への適用解析では、従来の解析結果と大きく異ならないこと、すなわち、伝熱管内の減圧特性の重要性を確認できた。(5)新伝熱モデル等による「もんじゅ」蒸発器への適用解析では、従来の解析結果が十分保守的であり、現実的には累積損傷の最大値が25%程度低減できる見通しであることを確認した。
糸岡 聡*; 藤又 和博*
JNC TJ9440 2003-001, 286 Pages, 2003/03
JNC-TJ9440-2003-001.pdf:9.23MB
高速炉の蒸気発生器における伝熱管破損事故に起因するナトリウム-水反応現象評価の高度化の一環として、高温ラプチャ型破損評価手法の更なる整備が進められ、限界熱流速とPost-CHF伝熱相関式に関する軽水炉研究の調査に基いて伝熱管内の冷却条件(管内熱伝達相関)の整理が実施された。 本作業では上述の管内冷却条件の整理を反映することを主目的として、次に示すLEAPコード用ブローダウンコードの改良を実施した。また、改良したLEAP-BLOWコードに対して機能確認のための適用計算を実施し、改良コードの妥当性を確認した。 ・限界熱流束(CHF)判定式(甲藤の式及びTongの式)の追加 ・Post-CHF伝熱相関式(Condie-Bengston IVの式及びGroeneveld 5.9の式)の追加 ・水・蒸気の物性値及び臨界流量計算モデルの圧力上限を水の臨界圧力まで拡張 ・考慮できる配管数及び総セクションの拡張と入力書式の変更 ・任意箇所の圧力を、PID制御による調節弁の弁開度により制御できる機能の追加
石川 浩康; 大野 修司; 宮原 信哉
JNC TN9400 2002-081, 46 Pages, 2003/01
JNC-TN9400-2002-081.pdf:2.21MB
液体金属ナトリウムを冷却材として用いる原子炉において、ナトリウムが空気雰囲気中に漏えいし、燃焼するような事故の場合に、その燃焼を抑制あるいは停止させるための一つの手段として窒素ガス雰囲気とすることが考えられる。しかし、ナトリウムの燃焼を窒素ガスにより途中で停止させた場合、未燃焼ナトリウムを含む燃焼残渣が室温まで冷却するのを待って再び空気雰囲気とすると瞬時に再着火することがある。そこで、燃焼残渣の再着火の原因を考察しつつ、再着火防止の観点から湿り炭酸ガスで安定化する基礎試験を実施した。 実験は、1gオーダのナトリウムの燃焼・燃焼停止が操作できる装置を用い、ナトリウム燃焼残渣の作製、再着火および安定化の観察を行った。また、回収したサンプルは化学分析およびX線回折(XRD)を用いて成分を定性・定量した。 定量分析の結果再着火する燃焼残渣には、未燃焼ナトリウムが40wt-%(61mol-%)
60-wt%(76mol-%)と酸化ナトリウム(Na2O)が存在し、過酸化ナトリウム(Na2O2)は微量で1wt-%未満であることが分かった。 金属ナトリウムだけ、もしくは酸化ナトリウムだけの場合は、空気雰囲気としても室温付近で着火することはない。このことから、酸化ナトリウムが保温材の役割を果たしてナトリウムの酸化熱を蓄熱させ、燃焼残渣の局所で温度上昇が起こり、未燃焼ナトリウムの着火に至ると推定される。 再着火防止のためには、燃焼残渣表面付近の未燃焼ナトリウムを酸素に対して不活性化させることが重要であると考え、湿り炭酸ガスによって燃焼残渣中の未燃焼ナトリウムを炭酸化することにより安定化処理を実施した。安定化処理に湿分濃度が600030000vppm、炭酸ガス濃度が28vol%の窒素ベースの混合ガスを用いたところ、安定化が成功した。安定化した燃焼残渣は加熱しても427K(200度C)まで再着火することはなかった。
三宅 収; 浜田 広次; 田辺 裕美; 和田 雄作; 宮川 明; 岡部 綾夫; 中井 良大
JNC TN9400 2001-130, 235 Pages, 2002/03
JNC-TN9400-2001-130.pdf:7.05MB
高速増殖炉の蒸気発生器における伝熱管破損事故(ナトリウム-水反応事故)の評価に関連して、事故発生時の高温ラブチャ型破損による隣接伝熱管への破損伝播の有無に係る評価手法を整備した。また、この評価手法を用いて「もんじゅ」蒸気発生器伝熱管の健全性を評価した結果について整理した。主な内容は以下の通りである。 (1)伝熱管材料強度については、時間依存のクリープ破断強さを強度評価の基本とすることとし、2・1/4Cr-Mo鋼の摂氏700度摂氏1200度のクリープ試験データを取得し、それに基づく評価基準値を策定した。また、この評価基準値が誘導加熱による伝熱管破損模擬試験結果とも整合することを確認した。(2)ナトリウム-水反応による反応域と管外熱伝達率を求め、反応域モデルとしてコサイン温度分布を設定した。(3)伝熱管内の冷却条件(水・蒸気の伝熱相関)については、ヘリカルコイル型蒸気発生器の伝熱相関式に加え、限界熱流束(CHF)相関式並びにPosr-CHF伝熱相関式を組合せて設定した。(4)整備した評価手法を用いて、SWAT-3試験及び米国LLTR試験条件の解析を行い、本評価手法に十分な保守性があることを確認した。また、1987年の英国PFR事故で高温ラブチャ型破損が生じた原因と事故後に行われた改造の有効性について、上記評価手法を適用して定量的に示した。 (5)この評価手法を採用した「もんじゅ」蒸気発生器に関する解析では、カバーガス圧力計信号によって伝熱管破損を検出した場合、カバーガス圧力計検出の機能強化と水ブローの性能強化を図った設備改造後の「もんじゅ」において給水流量を定格、40%給水、10%給水運転条件のいずれのケースとした場合でも隣接する伝熱管に高温ラプチャ型の破損伝播が発生しないことを確認した。
中桐 俊男; 佐藤 勇
JNC TN9400 2002-045, 75 Pages, 2002/02
JNC-TN9400-2002-045.pdf:2.43MB
燃料材料試験部照射燃料試験室および要素技術開発部熱化学安全試験グループで実施した「照射MOX燃料を用いたFP放出挙動試験」(FP-1,FP-2)結果について、核分裂生成物(FP)の燃料ペレットからの放出挙動をソースタームの観点から評価した。評価の結果、以下のような結論および課題を得た。1)Fp-1およびFP-2実験でのFP(Cs,Sb,Ru,Eu)放出割合をORNL等の実験結果、NUREG-0772モデルから計算された放出割合と比較し、 また、Boothモデルで使用すべきFP拡散係と比較した結果、どちらかと言えば従来酸化雰囲気で得られた放出割合、拡散係数等に近いことがわかった。ナトリウム蒸気等を含む還元性雰囲気ではFPの化学形態・放出挙動が今回とは異なることが考えられるため、別途実験を実施して放出挙動に関するデータを取得する必要があると考えられる。また、今回の結晶粒内のFP拡散係数算出には組織写真から得られる幾何学的な径を基にCsペレット内分布を考慮した等価直径をしようしたが、 本来はBoothモデルで使用すべき BET吸着面積から算出された等価径を基に、結晶粒径分布、FP分布による補正を加えた径をしようすることが望ましいと考えられる。2)Cs放出メカニズムとしては、今回考慮した結晶粒内でのFP固体拡散メカニズムに加え、燃料ペレット表面に付着したCs化合物の蒸発放出の影響を考慮する必要があり、低揮発性のRu,Euの放出メカニズムとしてはペレット表面からの蒸発が律速するメカニズムを考慮する必要があると考えられる。しかし、これらの放出メカニズムを考慮した評価を行うためには、燃料ペレット内でのFPの化学形態と分布、キャリアガス中の酸素ポテンシャルおよびFPの化学形態等を別途評価する必要があると考えられる。
高井 俊秀; 中桐 俊男; 浜田 広次
JNC TN9400 2002-009, 41 Pages, 2002/02
JNC-TN9400-2002-009.pdf:1.07MB
ナトリウムーコンクリート反応発生時に発生する水素ガスの空気雰囲気下での燃焼挙動を調査することを目的として、「ナトリウムプール中水素ガスバブリング試験」を実施した。試験では、大規模ナトリウム漏洩燃焼試験施設SAFIREの小型密閉試験装置FRAT-1(内容積3立方米)を用い、内径9.7cmのナトリウム燃焼容器中で約500
に加熱したナトリウムを燃焼させた。そして、過去のナトリウムーコンクリート反応試験で得られたデータを参考にして、最高9.5
10の-3乗Nm3/m2secの流量で水素ガスを年少するナトリウムプールの液中から供給し、水素の燃焼挙動を調べた。ナトリウムプール水素ガスバブリング試験から以下の結果が得られた。1)ナトリウム燃焼とともに燃焼(消費)される再結合割合は99%以上であることを確認した。2)ナトリウム液中から供給された水素は、もっぱら分子拡散により酸素と混合され、2つの液体の境界で燃焼する「総流拡散炎」の形態をとり、燃焼(消費)されると考えられる。3)水素燃焼により発生した水蒸気の多くは、雰囲気中のナトリウムエアロゾルと化学反応を起こし消費されると考えられる。
三宅 収; 浜田 広次; 田辺 裕美; 岡部 綾夫; 宮川 明
JNC TN9400 2001-099, 76 Pages, 2001/11
JNC-TN9400-2001-099.pdf:2.13MB
高速増殖炉の蒸気発生器(以下、SGと略す)における伝熱管破損事故(ナトリウム-水反応事故)の高温ラプチャー型破損の評価手法とその適用については、既に JNC技術報告書「蒸気発生器伝熱管の高温ラプチャ型破損評価手法の整備と適用」にまとめられている。本報告書では、上記報告書以降に検討を行った以下の事項をとりまとめた。 (1)ナトリウム-水反応評価条件について、SWAT-3試験データに基づき、より現実的な熱的条件 (反応度及び局所的伝熱管加熱条件)を与える反応域モデルとして、定格運転及び40%給水運転条件に対しては反応温度1170を最高とするコサイン温度分布、 10%給水運転条件に対しては1110を最高とするコサイン温度分布を設定した。(2)ナトリウム-水反応の管内冷却条件について、ヘリカルコイル型SGの伝熱相関式に加え、軽水炉における研究成果を調査し、限界熱流速(CHF)ならびにPost-CHF伝熱相関式を検討した。具体的には、 CHF相関式としては甲藤の式、Post-CHF伝熱相関式としてはCondie-Bengston IVの式とBromleyの式の組み合わせを設定した。(3)その他、ナトリウム-水反応による伝熱管内の水/蒸気の全体的な加熱条件、伝熱管材料物性値の温度依存性等について検討を行った。以上の検討に基づく新評価手法を整備して、新評価手法を採用した実機SG体系の高温ラプチャ解析を行った。その結果、カバーガス圧力計の検出信号によれば定格運転、40%給水運転、10%給水運転条件のいずれのケースでも高温ラプチャが発生しないことを確認した。また、カバーガス圧力検出と水ブローの信頼性向上を図った設備改造後のSG体系の高温ラプチャ解析においても、いずれの運転条件でも伝熱管に高温ラプチャが発生することはなく、高温ラプチャ型破損に対する安全裕度が改善されることが分かった。