報告書番号

T03055

タイトル（和文）

金属燃料FBRの炉心損傷時安全性評価（II） -溶融燃料と冷却材の相互作用に及ぼす流体力学的影響の検討-

タイトル（英文）

Safety Evaluation of Metallic Fuel Cores in Core Disruptive Accidents (II) -Effect of Hydrodynamic Fragmentation on Molten Fuel-Coolant Interaction-

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

溶融金属燃料のFCIによる微粒化に及ぼす流体力学的な影響を明らかにするため、溶融銅ジェットとナトリウムを用いたFCI模擬実験を実施した。その結果、周囲ウェーバー数（ジェット速度の２乗に比例する無次元数）が150程度までは熱的因子であるジェットの過熱度が大きく影響するが、それ以上では微粒化の支配モードが熱的微粒化から流体力学的微粒化へ遷移し、微粒化後の粒子径は周囲ウェーバー数に依存することが明らかとなった。 得られた微粒化相関式を用い、金属燃料炉心の燃焼末期に想定される流体力学的微粒化が支配的となる条件を対象に、FCI時の炉心下端部からの燃料排出挙動を予備評価した。その結果、破損した燃料ピンから高速で放出された溶融燃料は、炉心下端部まで移動したのち液相ナトリウムとFCIを起こし、燃料ジェットの噴出速度と初期直径に応じて微粒化され、その一部が炉心外へ排出される可能性があることがわかった。

概要 （英文）

In order to clarify the effect of hydrodynamic fragmentation on molten Fuel-Coolant Interaction (FCI), which is important in evaluating the sequence of Core Disruptive Accidents (CDAs) for metallic fuel fast reactors, a series of basic experiment was carried out using a molten metallic fuel simulant (molten copper) and a sodium pool under roughly equivalent hydrodynamic condition to that in practical metallic fuel cores with high-burn-up. The fragmentation of molten copper jet was promoted with increasing the superheating of jet, regardless of the ambient Weber number (Wea) in the range of Wea<150. However, under the condition of Wea>150, the effect of initial superheating of the jet becomes negligible and the degree of fragmentation depends on the ambient Weber number conditions. This result indicates that transition of fragmentation mode from thermal to hydrodynamic fragmentation occurs at around 150 in the ambient Weber number. Based on the fragmentation results of the molten metallic fuel simulant, the possibility of fuel exclusion from the bottom of metallic fuel cores with high burn-up conditions, in which the hydrodynamic fragmentation is considered to be dominant, was preliminarily evaluated. It was found that the molten fuel ejected from the ruptured fuel pin to the coolant channel penetrates to lower part of the core and is finely fragmented due to the FCI in the coolant channel. As a result, a part of the fragmented fuel can be excluded through the narrow coolant channel to the lower out-of-core region.

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