報告書番号

NR25007

タイトル（和文）

過酷事故時の沸騰水型原子炉建屋下層階における水素挙動評価 －ブローアウトパネルの有効性評価ー

タイトル（英文）

Evaluation of Hydrogen Behavior in the Lower Level of Boiling Water Reactor Building under Severe Accident Conditions - Effectiveness Evaluation of Blowout Panel -

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背　　景
原子力規制委員会では、福島第一原子力発電所（1F）3号機の水素爆発は原子炉建屋の最上階（オペフロ）ではなく原子炉建屋下層階での爆発が起点と認識されている注 ）。また、原子力エネルギー協議会およびBWR事業者も、1F事故から得られた知見の重要性を踏まえ、自主的に水素防護対策に係るアクションプランを公表し注 ）、この中でブローアウトパネル（BOP）の効果の確認については、電中研と連携して取り組むこととされた。BOPは複数の水素防護対策の中の後備手段注 とされているため、BOP開放時に重大事故（SA）にて想定する範囲を大幅に超える漏洩状態（SAを超える状態注 ）が予想される。SAを超える状態の水素防護対策としてのBOP開放の有効性確認が望まれる。
目　　的
実プラントにおけるBOP開放時を想定したSAを超える状態において、水素防護対策としてのBOPの有効性を確認する。さらに感度解析により、実プラントの設計条件を基にしたBOPの寸法・位置パラメータが、建屋内水素濃度に与える影響を評価する。
主な成果
既報[1], [2]で構築した実プラントの原子炉建屋の寸法形状を再現した解析体系を基に、建屋内に漏洩する水素がオペフロ側壁に設置されたBOPが開放される時に排出される挙動を汎用熱流体解析コードGOTHIC注 により評価し（図1）、以下の知見を得た。
1. SAを超える状態の漏洩気体に対するBOPの有効性の確認
格納容器ベントに成功し漏洩気体水素濃度0 vol%の場合、建屋内の水素濃度は初期条件の3 vol%から0 vol%まで減少する一方、漏洩気体が水素を含みSAを超える状態の場合、時間が経過し気体挙動が概ね一定となった定常値において下層階天井の水素濃度が高い結果が得られた（図2）。本解析条件において、漏洩気体水素濃度が約17 vol%未満では、SAを超える状態でも水素濃度が高くなる下層階天井においても可燃限界未満に収まることが示された（図3、クライテリア条件）。SAを超える状態のうち、漏洩気体水素濃度が約17 vol%を超えた条件では、天井の水素濃度が高くなるものの（図4）、可燃限界4 vol%を超える範囲は下層階漏洩部近傍のみと限定的であることが示された（図5）。以上より、SAを超える状態においてBOP開放は水素濃度の低減に効果的であることを確認した。
2. BOPの寸法・位置パラメータの感度解析
漏洩気体水素濃度のクライテリア条件におけるBOPの寸法・位置をパラメータとした感度解析の結果、建屋内の水素濃度はBOP面積が小さいほど高く、BOPの設置位置にはほとんど影響を受けないことが示された（図6）。本成果は、BOPの設計や運用等、SA時のアクシデントマネジメントの策定に資する知見として活用可能である。

概要 （英文）

Following insights from the Fukushima Daiichi Unit 3 accident, it has been suggestedrecognized that the hydrogen explosion likelymay have initiated on the lower floors of the reactor building rather than on the operation floor. Under "beyond-severe accident" (beyond-SA) conditions, where containment venting is partially unsuccessful and high-concentration hydrogen may leak into the building from primary containment vessel, the effectiveness of blowout panel (BOP) opening as a hydrogen mitigation measure must be quantitatively assessed.This study evaluates hydrogen behavior in a representative BWR reactor building and the effectiveness of BOP opening using the GOTHIC code. Parametric calculations are performed for leakage gas hydrogen concentration and for BOP size and location. For an SA case with zero hydrogen in the leakage gas, the in-building hydrogen concentration decreases to 0 vol% due to natural ventilation through the BOP. For beyond-SA cases, the lower-floor ceiling remains below the flammability limit when the leakage gas hydrogen concentration is lower than about 16.9 vol%. Even at 33 vol%, the flammable region is limited to within a few meters of the leak point. Sensitivity studies show that hydrogen concentration increases as BOP area decreases, while the influence of BOP location is small within the investigated range. These results demonstrate that BOP opening is an effective hydrogen mitigation measure for the lower floors of BWR reactor buildings under beyond-SA conditions.

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