報告書番号

NR21004

タイトル（和文）

竜巻飛来物の年衝突確率評価コードTOMAXI-proの開発

タイトル（英文）

Development of TOMAXI-pro for evaluation of annual strike probability of tornado-borne missile

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背　　景
原子力発電所では、竜巻などの強風に起因して外部からの電源供給の停止や機器・構造物の損傷が発生する可能性があるため、竜巻を対象とした確率論的リスク評価（竜巻PRA）が主に米国等で実施されてきた。竜巻PRAにおいては、竜巻による風圧荷重・負圧荷重・飛来物衝突による衝撃荷重が安全上重要な機器・構造物に及ぼす影響を評価する必要があるが、日本の原子力発電所の耐震基準を満たす機器・構造物では、飛来物衝突に起因するリスクが風圧・負圧荷重によるリスクよりも相対的に重要と考えられる。

目　　的
合理的な竜巻飛来物の年衝突確率評価法を提案し、竜巻PRAを実施する上で必要となる竜巻飛来物の衝突による機器・構造物の損傷確率評価に活用する。

主な成果
1. 竜巻飛来物の年衝突確率評価法の開発
　竜巻風速のハザード曲線と飛来物の飛散特性データに基づき、竜巻移動の方角が統計的に一様（等方的）であると仮定して任意形状の被衝突体への年衝突確率を評価する数値解析コードTOMAXI-proを開発した。ハザード曲線はランキン渦モデルにより導出される被害面積の理論式に基づき竜巻特性（最大旋衡風速・移動速度・竜巻半径・被害長さ）を考慮して計算する。一方、飛散特性データは同一の竜巻特性に基づき確率論的強風飛来物解析コードTONBOS-pro によって求める。このように論理的に一貫性のあるハザード曲線と飛散特性データを用いる点が本手法の特徴である。
2. 年衝突確率評価コードTOMAXI-proの検証
　TOMAXI-proを検証するため、既往論文（決定論的な飛散解析に基づく評価）で示した盾状構造物への平均年衝突頻度と本手法による評価値を比較した。その結果、両手法での飛散解析モデルの違いが評価結果に適切に反映されていることを確認した。
3. 年衝突確率評価コードTOMAXI-proの適用
　具体的な応用例として、矩形領域に多数配置された直方体（自動車に相当）が円筒タンクに衝突する事象をTOMAXI-proにより評価した。円筒タンク表面での単位面積当たりの平均年衝突頻度と衝突時の平均衝突速度の空間分布を計算し、これらの値の分布は円筒タンクの高さ方向位置などに大きく依存することが示された。

今後の展開
本研究で開発した竜巻飛来物の年衝突確率評価コードTOMAXI-proを機器・構造物の損傷確率評価に適用し、竜巻PRAでの有用性を確認する。

概要 （英文）

We have developed a numerical analysis code, TOMAXI-pro, that enables us to evaluate the annual strike probability of tornado-borne missiles on a target of arbitrary shape. In this evaluation method, the hazard curve of the tornado wind speed is computed using the Rankine vortex model characterized by the maximum rotational wind speed, translation speed, tornado radius, and tornado path length. On the other hand, scattering characteristics of the tornado-borne missiles are obtained by a probabilistic high wind-borne missile analysis code, TONBOS-pro, using the same features of the tornado wind field. Such consistent data of the wind speed hazard curve and the missile scattering properties allow us to rigorously evaluate the annual missile strike probability on the target surface using TOMAXI-pro. The annual average strike probability of missiles on a shield-like structure was evaluated using TOMAXI-pro to compare with the reference values shown in the literature for validation of TOMAXI-pro. The results have shown that the evaluation values by TOMAXI-pro reasonably agree with the reference values. As an example, we calculated the annual frequency of missile strikes on a cylindrical tank. The results have revealed that the annual strike frequency strongly depends not only on the distance between the potential missile objects and the cylindrical tank but also on the vertical position on the tank surface, beside the wind speed trigger condition (constraint condition) beyond which the potential missile object starts to scatter.

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