両面加熱条件での垂直環状ギャップ内の伝熱流動特性に関する研究

本研究テーマは、軽水型原子炉苛酷事故時の安全性評価上重要とされる、溶融炉心の圧力容器内下部ヘッド保持に関する基礎研究である。OECDの国際協力研究であるTMI-2 Vessel Investigation Projectによれば、炉心溶融は、制御棒、格子板および燃料被覆材の共晶反応から始まり、これらの合金が粒子状に下部ヘッドに堆積し、その後に大量の溶融炉心酸化物が下部ヘッドに移動し、厚いハードデブリ層が形成されたことが報告されている。この調査・試験研究に基づけば、従来推定されていた下部ヘッドの加熱膨張に伴うギャップ形成による冷却機構とは別に、粒子状形態のデブリベッド形成に伴う毛細管力の発生による冷却機構を検討することが、溶融炉心の圧力容器内保持特性を理解する上で重要である。代表的な炉心構成金属デブリとして、制御棒の主要成分である銀と、制御棒案内管および燃料棒被覆管材であるジルカロイの2成分から成る粒子状Ag-50wt%Zircaloyデブリベッドの系で実験を行った。水・蒸気が存在する環境下では、TMI-2のホットスポット温度より十分低い温度でデブリ粒子の酸化・破砕現象が発生し、毛細管力が向上するため、冷却性も向上することを見出した。本実験結果は、日本原子力学会欧文誌への投稿準備を終えた。また、制御棒案内管および燃料被覆材であるジルカロイのみの粒子状デブリベッドの系では、蒸気が存在し酸化発熱反応によりTMI-2のホットスポット温度に到達する環境下において、デブリ粒子の酸化・破砕現象が発生し、毛細管力が大幅に向上するため、冷却性も向上することを見出した。本実験結果は、第13回国際原子力工学会議において発表される。

本研究テーマは、軽水型原子炉苛酷事故時の安全性評価上重要とされる、溶融炉心の圧力容器内下部ヘッド保持に関する基礎研究である。OECDの国際協力研究であるTMI-2 Vessel Investigation Projectによれば、炉心溶融は、制御棒、格子板および燃料被覆材の共晶反応から始まり、これらの合金が粒子状に下部ヘッドに堆積し、その後に大量の溶融炉心酸化物が下部ヘッドに移動し、厚いハードデブリ層が形成されたことが報告されている。この調査・試験研究に基づけば、従来推定されていた下部ヘッドの加熱膨張に伴うギャップ形成による冷却機構とは別に、粒子状形態のデブリベッド形成に伴う毛細管力の発生による冷却機構を検討することが、溶融炉心の圧力容器内保持特性を理解する上で重要である。代表的な炉心構成金属デブリとして、制御棒の主要成分である銀と、制御棒案内管および燃料棒被覆管材であるジルカロイの2成分から成る粒子状Ag-50wt%Zircaloyデブリベッドの系で実験を行った。水・蒸気が存在する環境下では、TMI-2のホットスポット温度より十分低い温度でデブリ粒子の酸化・破砕現象が発生し、毛細管力が向上するため、冷却性も向上することを見出した。本実験結果は、日本原子力学会欧文誌への投稿準備を終えた。また、制御棒案内管および燃料被覆材であるジルカロイのみの粒子状デブリベッドの系では、蒸気が存在し酸化発熱反応によりTMI-2のホットスポット温度に到達する環境下において、デブリ粒子の酸化・破砕現象が発生し、毛細管力が大幅に向上するため、冷却性も向上することを見出した。本実験結果は、第13回国際原子力工学会議において発表される。