溶融燃料の粘性および表面張力評価への光散乱法の適用

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26630486
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 有馬 立身 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60264090)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: レーザー / 光散乱 / 表面張力 / 粘性係数 / 二光束干渉法 / 核燃料

Outline of Annual Research Achievements

原子力発電所の過酷事故における燃料挙動および関連する材料の挙動を解析することは、今後の原子炉の安全性・事故耐性を向上させる上で必要不可欠である。しかしながら、実規模スケールで実験的にこれを模擬することは、現在原子力をとりまく環境を考えると非現実的であり、当面は計算機シミュレーションを活用せざるをえない。計算機シミュレーションの予測精度を考える上で重要なことの一つに、材料の物性値の精度および蓄積がある。特に事故時のケースでは溶融状態における物性値が必要であるにも関わらず、実際に計算に使用されているものは過去のデータや他の物質からの類推であったり、測定精度が低いなどの問題がある。
そこで本研究では従来の液体物性の測定法（回転振動法など）に替わる手法として、レーザ光散乱法に着目し、表面張力・粘性率を短時間・非接触で測定可能とする装置の開発に取り組んだ。測定法の原理は液体表面に二光束レーザ光干渉法により干渉縞を生じさせ、それに応じた温度分布により表面波（リプロン）を発生させ、その過渡現象（減衰振動）を別なレーザーを使って観察するものである。初年度に、二光束干渉法に用いるパルスYAGレーザ、観察光としてHe-Neレーザを導入し、装置の大部分を作製した。最終年度には、装置の性能の検証として、干渉縞の直接的（CCDカメラによる強度分布測定）および間接的（アクリル板への焼き付け）測定を行い、解析で重要となる干渉縞の間隔を特定した。その後、測定試料として水および粘度測定用標準溶液を使って、リプロンの減衰振動現象の測定に成功した。測定の結果、粘性率が高くなる程、リプロンが大きく減衰することが確認できた。