報告書番号

L03

タイトル（和文）

溶融金属のナトリウムプール中での変形・破砕挙動に関する研究

タイトル（英文）

Study on Transformation and Fragmentation Behavior of Molten Metal in Sodium Pool

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

溶融金属燃料のFCIによる微粒化機構と微粒化に及ぼす支配因子の影響を明らかにするため、燃料模擬物質（銅、銀およびアルミニウム）とナトリウムを用いたFCI模擬実験を実施した。その結果、周囲ウェーバー数（ジェット速度の２乗に比例する無次元数）が200程度までは熱的因子であるジェットの過熱度と溶融潜熱が大きく影響するが、200を超えると微粒化の支配モードが熱的微粒化から流体力学的微粒化へ遷移し、微粒化後の粒子径は周囲ウェーバー数に依存することを明らかにした。また、燃焼初期および燃焼末期の金属燃料炉心でのFCI時に想定される周囲ウェーバー数条件について、ナトリウム中で微粒化された溶融金属の粒径を与える相関式を導出した。さらに、金属燃料と被覆管との共晶反応により形成された液相の金属燃料は、微粒化しにくいと予想された、ナトリウムの沸騰が発生しない温度条件下でも微粒化される可能性があることが示された。

概要 （英文）

In order to clarify the fragmentation behavior of molten metallic fuel on Fuel-Coolant Interaction (FCI), which is important in evaluating the sequence of Core Disruptive Accidents (CDAs) for metallic fuel fast reactors, a series of basic experiment was carried out using a molten metallic fuel simulant (molten copper, silver, and aluminum) and a sodium pool under roughly equivalent hydrodynamic condition to that in practical metallic fuel cores with high and low burn-up. Fragmentation of molten metal jet was promoted with increasing the superheating and the latent heat of the jet, regardless of the ambient Weber number (We) in the range of We<200. However, under the condition of We>200, the effect of initial superheating and the latent heat of the jet becomes negligible, and the degree of fragmentation depends on the ambient Weber number conditions. This result indicates that transition of fragmentation mode from thermal to hydrodynamic occurs at around 200 in the ambient Weber number. Furthermore, empirical correlations for the fragmentation of molten metal jet in sodium pool, which can be applied for practical metallic fuel cores with high and low burn-up, were obtained. Thermal fragmentation of molten aluminum with solid crust in the sodium pool was caused by transient pressurization within the melt confined by the crust even under the condition that instantaneous contact interface temperatures are below the boiling point of sodium. The melting point of aluminum is roughly equivalent to the liquefaction temperature between the metallic fuel and the cladding. This indicates the possibility that the metallic fuel on liquid phase formed by the metallurgical reactions can be fragmented without occurring the boiling of sodium on the surface of the melt.

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