原子炉心溶融事故に伴う蒸気爆発の機構論モデルによる研究

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原子炉の仮想的な過酷事故においては、炉心が溶融することも想定される。そして、高温の溶融炉心が低温の冷却水に接する場合に、蒸気爆発が生じる恐れがある。蒸気爆発によって大きな機械的エネルギーが放出されると、格納容器破損に至り、放射性物質の環境への放出が生じる。これまでの研究で、溶融物液滴の細粒化過程の機構論的な解析をおこない、実験で撮影された画像との良い一致を得た。また、独自に1次元混相流解析コードを開発し、軽水炉の蒸気爆発の際の圧力波伝播過程の数値解析をおこない、機械的エネルギー変換効率の評価をおこなった。平成15年度は、液体金属冷却高速増殖炉で冷却材として用いられているナトリウムの蒸気爆発の解析をおこなった。これまでに開発した1次元混相流解析コードに、ナトリウムの液体および気体の物性を組み込み、ナトリウムの蒸気爆発が解析できるようコードを修正した。このコードを用いてナトリウム中の蒸気爆発の解析をおこなった。結果は、水蒸気爆発と定性的には同様であったが、定量的には発生機械エネルギーは小さかった。これは、液体ナトリウムでは水よりも沸点が高く、蒸気が生じにくいためである。これまでの研究を総括すると、機構論的な蒸気爆発素過程の計算に基き、蒸気爆発の際の発生機械エネルギーを計算したところ、水およびナトリウムのいずれの場合においても、大規模爆発では機械的エネルギー変換効率が1%未満であることがわかった。原子力プラントの蒸気爆発の安全評価を行う際にエネルギー変換効率1%の数値が検討されているが、本研究からはこれが妥当であることが分かった。蒸気爆発は原子炉の過酷事故の中で最も不確定性の高い事象であり、本研究の成果はこれに対する重要な知見である。