粒子法による原子炉苛酷事故時の溶融炉心挙動の研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11480120
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 岡 芳明 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (40011225)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 向原 民 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (90292763) ; 越塚 誠一 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (80186668)
• Keywords: 粒子法 / MPS / シミュレーション / シビアアクシデント / 溶融炉心 / MCCI / コリウム / クラスト

Research Abstract

原子炉の苛酷事故時の溶融炉心のふるまいについては未解明の部分が多く残されている。特に、溶融炉心が格納容器の床に落下した際に生じる溶融炉心とコンクリートの相互作用(MCCI)については、従来の実験的研究では実炉と規模が異なるため、溶融炉心の挙動も異なると考えられている。しかしながら、こうした現象は相変化や化学反応を伴った複雑なものとなり、従来は実験相関式に頼った極めて単純化した解析した行われてこなかった。そこで本研究では基礎方程式に基づいた粒子法のシミュレーションにより、溶融炉心挙動について研究する。
今年度は、液相-固相間の相変化モデルを開発した。本モデルでは、各粒子が固相率を変数として持ち、これがある値以下であれば液相として運動し、そうでなければ固相として運動が止まる。溶融炉心物質であるコリウムは、粘性が固相率の増加に従って指数関数的に上昇することが知られており、本モデルとの対応は良い。また、コードの3次元化についても検討した。
本研究で開発した計算コードを用いて、米国で行われたSWISS-2実験およびMACE-MO実験のシミュレーションを行った。どちらの場合も実炉よりもはるかに小規模である。本計算では実験で見られた現象をよく再現した。特に、溶融炉心の上から水を注入すると、溶融炉心上部に安定なクラストが形成され、これが水のプールによる除熱を阻害する。本シミュレーションで得られた水プールへの熱流束は実験と定量的に良く一致した。

Research Products

• [Publications] S.Koshizuka,M.Sekine,Y.Oka and H.Obata: "Numerical Analysis of Molten Core-Concrete Interaction Using MPS Method"Proc.Workshop on Severe Accident Research in Japan (SARJ-99). (1999)
• [Publications] 越塚誠一,関根瑞恵,岡芳明,小幡広幸: "粒子法による溶融炉心-コンクリート相互作用の数値解析"日本原子力学会1999年秋の大会予稿集II. 398 (1999)