| 研究課題/領域番号 |
15K18319
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
山路 哲史 早稲田大学, 理工学術院, 講師 (00571704)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 事故耐性燃料 / 燃料ふるまい解析 / FEMAXI-7 / アブレーション / 粒子法 / MPS法 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は沸騰水型軽水炉（BWR）に導入が検討されている事故耐性燃料（ATF）の通常運転時、異常な過渡変化時、溶融事故時のふるまいを明らかにし、ATFが取りえる主要な状態（通常時、異常な過渡変化時、溶融事故時）のマルチスケールな挙動理解からATF導入のための要求や課題を明らかにすることである。そのために、以下の解析・計算機実験を行う：(1) 通常運転時及び異常過渡変化時におけるATFふるまい解析(2)溶融ATF挙動のMPS法による計算機実験。
研究目標(1)の達成に向け、本年度は軽水炉燃料ふるまい解析コードFEMAXI-7の整備および検証計算を行った。主要な解析モデルの検討の後、OECD/NEA Data BankのTFDB IFA-432 rod-2(8×8型燃料集合体用の燃料に近い設計)の測定データ（燃料中心温度、FPガス放出率、被覆管伸び）により解析結果の妥当性を検証した。その後、FEMAXI-7に改良ステンレス鋼（ODS-FS鋼）およびSiC被覆管の物性データを組み込んだ。これらのデータを組み込んだATF燃料の通常運転時のふるまいを試解析し、分析した。従来のジルカロイ（Zry）被覆管に比べクリープ強度が高いため、ペレットと被覆管の間のギャップが保たれ、燃料温度がやや高温になるが、通常運転時に問題となるようなふるまいは認められなかった（2016年春（2015年度）の原子力学会口頭発表2G01）。
研究目標(2)の達成のためには溶融物の伝熱流動等を考慮した金属容器のアブレーション（侵食）をMPS法により予測する必要がある。そこで、本年度は過去に電力中央研究所で実施された鉛ビスマス半球容器アブレーション実験を対象にMPS法による3次元解析を実施した。アブレーションによる容器の破損の様子を定性的に良く再現することに成功し、学術論文誌にて発表した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度の当初の計画は主にFEMAXI-7コードの整備と基礎モデルの検証と、MPS法による溶融物挙動解析コードの整備であった。前者はおおむね順調に進捗し、予定通り、FEMAXI-7の基礎解析モデルの検討と解析結果の妥当性を検証し、ATFの物性モジュールの追加も行った。試解析を行い、通常運転時のATFふるまい解析の結果を年度末の学会にて口頭発表した。
一方、後者の進捗は当初の計画をやや上回った。MPS法のRPV下部ヘッドでのアブレーション現象の解析能力を検討するため、鉛ビスマス半球容器のシリコーン油によるアブレーション実験をMPS法により解析した。新たに検討し、理論解と検証した熱伝導モデルにより容器破損の有無を正しく予測できた。解析では流体の自然対流が過大評価されている可能性があり、今後、粘性をパラメータに感度解析の必要性について検討する。本成果は国際会議にて発表し、その後、学術論文誌に投稿し、掲載された。
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| 今後の研究の推進方策 |
ATFが取りえる主要な状態（通常時、異常な過渡変化時、溶融事故時）のマルチスケールな挙動理解からATF導入のための要求や課題を明らかにするため、2016年度も燃料ふるまい解析コード（FEMAXI-7）の高度化と解析を実施する。異常な過渡変化時のふるまい解析を行うため、FEMAXI-7による過渡解析の主要なモデルの検討と照射データを用いた妥当性確認を行う。ペレット-被覆管相互作用（PCMI）による負荷に着目し、ATFの課題を抽出するための妥当な解析条件（出力過渡時の出力上昇率や、最高出力等）を検討する。SiCおよびODS-FS鋼の最新の物性データ等に関する知見はJAEA等の研究機関からの助言等を参考に公開文献等から適切なものを選定する。
ATFが溶融した際の影響は、炉心-原子炉圧力容器(RPV)下部プレナム間での金属溶融物の挙動およびそれらの凝固に伴う流路閉塞に影響し、炉心の冷却やその崩壊過程に影響する可能性が考えられる。MPS法による解析研究は2015年度に得られた知見も反映し、制御棒案内管流路等で金属溶融物が凝固し、流路を閉塞する機構を検討する。この際、制御棒案内管の初期温度と溶融物の融点の差が大きく影響することが予想される。すなわち、これらの差が大きいほど、金属溶融物からの熱流束が大きくなり、凝固、流路閉塞につながりやすくなることが予想される。これらの可能性をMPS法により検討する。
2016年度も引き続きOECD/NEA等から最新の情報を得て原子力安全および過酷事故に関する各国の研究動向を把握し、課題を分析する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初の計画では2015年度中に国際会議にて成果発表するために旅費を計上していたが、成果のより効果的な発信の観点から発表する会議を再検討し、2016年度に開催される国際会議で発表することとした。このため、次年度使用額が発生した。
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| 次年度使用額の使用計画 |
当初計画していた実施内容に加え、当初の計画では2015年度に発表を予定していた成果を本年度に開催される国際会議（NUTHOS-11等）で発表する。このため、前年度からの次年度使用額を今年度分の予算に計上する。
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