材料-熱流動ハイブリッド法による福島第一原子力発電所燃料デブリ分布推定

使用材料-热工水力混合方法估算福岛第一核电站燃料碎片分布

基本信息

批准号：
22KJ0884
负责人：
横山諒
金额：
$ 1.09万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

福島第一原子力発電所事故により発生した燃料デブリの取り出しを安全かつ最適に実行するためには、燃料デブリの位置、特性等を含む燃料デブリ分布を推定することが極めて重要である。令和４年度は、燃料デブリ分布推定を行う上で重要な、熱流動現象に関する系統実験及び数値解析モデル開発を行なった。まず、福島第一原子力発電所事故時、溶融した高温高粘性物質は水中へ落下し、拡散・凝固したと考えられている。よって、水位やサブクール度等の熱的パラメータを変更した溶融金属jet水中落下に関する系統実験を実施し、実験式の構築を行なった。提案した実験式より、溶融物の水中での凝固現象が溶融金属の慣性力と凝固特性のバランスによって変化することが定量的に明らかとなった。また、固体ー液体を統一的に取り扱うことができる粒子法、Moving Particle Hydrodynamics（MPH)と乱流解析手法であるLarge Eddy Simulation (LES)を組み合わせたMPH-LES法を開発し、水中での溶融物の凝固特性を解析した。その結果、本手法の妥当性を評価するとともに、水位に依存した凝固特性を解明した。次に、上記の高温高粘性物質の実験において世界的な実績を有するフランス　原子力・代替エネルギー庁（CEA)へ渡航し、共同研究を実施するとともに、実機模擬物質を用いたVULCANO VE-U9実験の解析をMPH法を用いて解析した。実験では、床面溶融を伴う犠牲材コンクリートと床面溶融を伴わない不活性セラミックスを用いて実験を実施した。床面の条件に応じた、境界条件を開発し、床面が高温高粘性物質の拡散に与える影響を評価した。解析結果は実験を良好に再現し、特に床面溶融の条件では、溶融物が潤滑剤の役割を果たし、拡散を促進させることを明らかにした。

为了安全、最佳地回收福岛第一核电站事故造成的燃料碎片，估计燃料碎片的分布（包括其位置和特征）极其重要。 2020财年，我们进行了系统实验并开发了与热流体现象相关的数值分析模型，这对于估计燃料碎片分布非常重要。首先，在福岛第一核电站事故中，熔融的高温、高粘性物质被认为落入水中、扩散并凝固。为此，我们通过改变水位、过冷度等热参数，对落入水下的熔融金属射流进行了系统的实验，并构建了实验公式。所提出的实验公式定量地揭示了熔融金属在水中的凝固现象根据惯性力和熔融金属的凝固特性之间的平衡而变化。此外，我们还开发了MPH-LES方法，该方法结合了可以统一处理固体和液体的粒子方法——移动粒子流体动力学（MPH）和湍流分析方法大涡模拟（LES）。分析物质的凝固特性。结果，我们评估了该方法的有效性，并阐明了取决于水位的混凝特性。接下来，我们将前往在高温、高粘度物质实验方面拥有世界一流记录的法国原子能和替代能源机构（CEA）进行联合研究，利用真实的VULCANO VE-U9实验进行- 机器模拟器使用 MPH 方法进行分析。在实验中，我们使用了牺牲混凝土（会导致地板熔化）和惰性陶瓷（不会导致地板熔化）。根据地坪条件制定边界条件，评价地坪表面对高温、高粘性物质扩散的影响。分析结果很好地再现了实验，并表明，特别是在地板熔化条件下，熔体充当润滑剂并促进扩散。

项目成果

期刊论文数量（7）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

A Lagrangian approach to ex-vessel corium spreading over ceramic and concrete substrates using moving particle hydrodynamics

利用移动粒子流体动力学在陶瓷和混凝土基底上铺展血管外真皮的拉格朗日方法

DOI：
10.1016/j.nucengdes.2022.112029
发表时间：
2022
期刊：
Nuclear Engineering and Design
影响因子：
1.7
作者：
Yokoyama Ryo;Kondo Masahiro;Suzuki Shunichi;Johnson Michael;Miwa Shuichiro;Pellegrini Marco;Denoix Arthur;Bouyer Viviane;Journeau Christophe;Okamoto Koji
通讯作者：
Okamoto Koji

Simulation of highly viscous melt spreading using a particle method under no-slip and slip boundary conditions

在无滑移和滑移边界条件下使用粒子法模拟高粘性熔体铺展

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Ryo Yokoyama;Masahiro Kondo;Shunichi Suzuki;Shuichiro Miwa;Marco Pellegrini;Michael Johnson;Athur Denox;Viviane Bouyer;Chrostophe Journeau;Koji Okamoto
通讯作者：
Koji Okamoto

Analysis of solidification behavior and substance distribution of stratified melt after melt spreading in water

水中熔体铺展后分层熔体的凝固行为和物质分布分析