蒸気爆発の発生環境

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05246106
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 藤井 直之 名古屋大学, 理学部, 教授 (60011631)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山元 孝広 工業技術院, 地質調査所, 主任研究員 ; 佐藤 博明 神戸大学, 理学部, 教授 (60019495) ; 近藤 駿介 東京大学, 工学部, 教授 (90011098) ; 高山 和喜 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (40006193)
• Keywords: マグマ水蒸気爆発 / 大規模爆発へのスケーリング則 / クレーター形成エネルギーと噴出物量 / 火砕流堆積物内の二次爆発の機構 / 阿蘇中岳の爆風衝撃波伝播観測 / 縦型衝撃波管による実験 / 気泡と衝撃波の相互作用の実験 / 爆発的噴火と原子炉環境における蒸気爆発の比較

Research Abstract

本研究班では、火山環境や原子炉環境における蒸気爆発の巨視的な発生環境の条件を追求し、それぞの系での巨視的条件・素過程を結ぶシナリオをさらに有機的に結び付けることが狙いであった。そして、過去に生じた事例や実験室的規模から大規模バン発へのスケーリング則を確立するため、以下のような研究が進行した。
(1)火山性爆発の記録収集・モデル化:歴史時代を含めた過去のマグマ-水蒸気爆発を検討する一環として、爆発的噴火によるクレーター形成と爆発エネルギー強度との比較を行い、噴火口のサイズと噴出物量との関係からマグマ-水蒸気爆発の定量化に有効であることが判明した。また、大規模な火砕流堆積物内の二次爆発は、マグマ破砕を伴わない爆発的噴火となり得ることが判明した。
(2)火山噴火に伴う爆風の伝播計測系の確立:阿蘇中岳の火口近傍に展開している爆風衝撃圧の計測系による観測を継続している。まだ典型的な蒸気爆発の記録を捕えていないが、三次元非構造格子を用いた衝撃波伝播の数値シミュレーション法を開発し、過去のデータと比較するなどして実証する準備が完了した。
(3)縦型衝撃波管や実験的にシミュレートした系を用いて、衝撃波と気泡の相互作用に着目した定量的光学計測システムの開発し、測定系の校正やシミュレーション実験による巨視的爆発条件の定量的検討が確立した。
(4)原子炉苛酷事故の発生環境解析:与えられた事故条件下での熔融路の挙動とその感度解析、トリガーやエスカレーションなどの観点から軽水炉の確立論的リスク評価を行い、その発生確立からみると極めて起こりにくい現象であることが確認された。
そして、マグマ-水系・原子炉溶融燃料-冷却材相互作用・液化ガス-水系の蒸気爆発の発生から発生後の過程を比較検討し、爆発発生の機構や相互の類似点・相違点を明確にしたモデルを検討した。

Research Products

• [Publications] 早川 理: "火山噴火における爆風伝播のシュミレーション" 平成7年度衝撃波シンポジウム講演論文集. 311-314 (1996)
• [Publications] 早川 理: "複雑地形の表面格子形成システムの開発 (阿蘇中岳の噴火の数値シミュレーション)" 東北大学流体科学研究所第7回研究発表会講演論文集. 148-153 (1996)
• [Publications] Daogang Lu: "Overflow-Induced Vibration of A Weir Coupled with Sloshing in A Downstream Tank" Journal of Fluids and Structures. (in printing). (1997)
• [Publications] Hattori,K.: "Magma evolution recorded in plagioclase zoning in 1991 Pinatubo eruption products." Amer.Mineral.81. 981-993 (1996)
• [Publications] 佐藤博明: "雲仙普賢岳噴出物の岩石組織と噴火モデル" 地質学論集. 46. 115-125 (1996)
• [Publications] 山元孝広: "東北日本,霊山地域の中新世火山岩の層序と噴火様式" 地質. 102. 730-750 (1996)
• [Publications] 山元孝広: "マグマ水蒸気爆発と伝熱" 伝熱研究. 21-26 (1996)