反応度事故条件下における高ウェーバー数域での溶融燃料-冷却材相互作用

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ノズルから高温融体を噴出することによって融体ジェットと水との相互作用実験を行い,高速度ビデオ撮影による相互作用の観察と発生圧力の測定を通して,温度条件による蒸気爆発の発生の有無とその規模,ならびに微粒子化の程度を調べた.1.融点が約70℃の低融点物質であるウッズメタルを使用し,300℃〜700℃に加熱溶融させ,ノズルから水中へ噴出する実験を行った.まず最初に,融体をノズルより自然落下させる実験を行い,融体温度,冷却水サブク-ル度の温度条件において相互作用の発生があるかどうかを示す,相互作用領域図(TIZ図)を作成した.その結果,相互作用の発生する下限界が,融体と水との接触界面温度が大気圧水の均質核生成温度となる条件であることが明らかとなった.一方,高温側の境界には,融体温度の上昇とともに発生する水温が下がる明確な斜め境界があり,サブク-ル度への依存性が最小膜沸騰温度の整理式と良く一致していることから,高温側の斜め境界が最小膜沸騰温度との関連で決まる可能性の高いことがわかった.2.次いで,ノズル内圧力を上げてジェットを加速し,着水時のウェーバー数を変えた実験を行い,TIZ図に及ぼす影響を調べた.低温側の境界は,ウェーバー数とともに融体温度が若干低温側にシフトするが,基本的には自然落下の場合と大きな差は見られなかった.しかし,高温側の境界に関しては,相互作用発生の有無に再現性がなく,自然落下の場合のような明確な境界を決定することが不可能であった.これは,流下速度の増加とともにジェットのまわりに発生する蒸気膜が厚くなり,相互作用が発生しにくくなるためと考えている.より詳細な検討は今後の課題であるが,ジェットの乱れと蒸気膜の拳動との関連性,ならびに温度条件を加味した検討を進める必要があると考えている.