材料-熱流動ハイブリッド法による福島第一原子力発電所燃料デブリ分布推定

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福島第一原子力発電所事故により発生した燃料デブリの取り出しを安全かつ最適に実行するためには、燃料デブリの位置、特性等を含む燃料デブリ分布を推定することが極めて重要である。令和４年度は、燃料デブリ分布推定を行う上で重要な、熱流動現象に関する系統実験及び数値解析モデル開発を行なった。まず、福島第一原子力発電所事故時、溶融した高温高粘性物質は水中へ落下し、拡散・凝固したと考えられている。よって、水位やサブクール度等の熱的パラメータを変更した溶融金属jet水中落下に関する系統実験を実施し、実験式の構築を行なった。提案した実験式より、溶融物の水中での凝固現象が溶融金属の慣性力と凝固特性のバランスによって変化することが定量的に明らかとなった。また、固体ー液体を統一的に取り扱うことができる粒子法、Moving Particle Hydrodynamics（MPH)と乱流解析手法であるLarge Eddy Simulation (LES)を組み合わせたMPH-LES法を開発し、水中での溶融物の凝固特性を解析した。その結果、本手法の妥当性を評価するとともに、水位に依存した凝固特性を解明した。次に、上記の高温高粘性物質の実験において世界的な実績を有するフランス　原子力・代替エネルギー庁（CEA)へ渡航し、共同研究を実施するとともに、実機模擬物質を用いたVULCANO VE-U9実験の解析をMPH法を用いて解析した。実験では、床面溶融を伴う犠牲材コンクリートと床面溶融を伴わない不活性セラミックスを用いて実験を実施した。床面の条件に応じた、境界条件を開発し、床面が高温高粘性物質の拡散に与える影響を評価した。解析結果は実験を良好に再現し、特に床面溶融の条件では、溶融物が潤滑剤の役割を果たし、拡散を促進させることを明らかにした。