過酷事故時の原子炉建屋内におけるセシウムエアロゾル挙動解析#
【概要】#
自社開発した過酷事故時原子炉建屋・格納容器の熱流動解析コード Advance/BAROC に、核分裂生成物（FP）エアロゾル粒子の凝集モデルと重力沈降モデルを組み込み、FP エアロゾル粒子の拡散、沈着挙動解析を福島第一原子力発電所 1 号機相当の原子炉建屋の 3 次元モデルを対象に行なった事例について報告します。
下に解析に使用した原子炉建屋モデルを示します。
| NO. | 条件項目 | 設定個所及び設定量 |
|---|---|---|
| 1 | 計算体系 | 福島第一原子力発電所 1 号機相当 総格子数：約 63 万格子、分割数（X=80、Y=80、Z=99） 1 格子サイズ : 約 0.5 m |
| 2 | 数値計算法 | ECBA 法 |
| 3 | 状態方程式 | SRK 法 |
| 4 | 乱流モデル | k-ε モデル |
| 5 | 考慮するガス成分 | N2 ， O2 ， H2 ，H2O |
| 6 | 対流項の差分スキーム | 一次精度風上差分法 |
| 7 | 時間刻み幅制御 | 1.0 秒 |
| 8 | 行列計算法 | ILUT/BiCGStab(l) 法 |
| 9 | 試験装置内初期条件 | 圧力： 101,325 Pa 温度： 293.15 K 気体成分： N2 77.5 ％、O2 20.6 %、 H2O 1.9 %（ 湿度 60 % ）、 He 0.0 % 流速： 0m/s |
| 10 | 水素流入箇所 | 5 階シールドプラグ |
| 11 | 流入気体と流入量※ | 水素：210kg、 水蒸気：5,250kg |
| 12 | 流入時間※ | 計算開始より 4.4 時間 |
| 13 | 現象時間 | 24 時間 |
| 14 | 境界条件 | ・外気を温度固定とし外壁と内壁の温度を熱伝達モデルで計算 ・内部構造物は断熱 ・BOP 設置箇所に圧力境界条件を設定 |
| 15 | 解析モデル | ・バルク濃縮モデル ・壁面凝縮モデル ・壁構造物熱伝達モデル ・凝集モデル ・重力沈降モデル 上記5つのモデルを適用した。 |
| 16 | FPエアロゾル流入量 | 0～4.4時間 0.0001kg/s or 0.001kg/s |
| 17 | FP粒子密度 | 3680kg/m3 (CsOHを想定) |
| 18 | FPエアロゾル粒径分布[1] | 平均10μm、標準偏差3μm の対数正規分布 ( 下図の通り ) |
[1]R. E. Adams et al, "Sodium Oxide and Uranium Oxide Aerosol Experiments: NSPP Tests 106-108 and Tests 204-207,
Data Record Report," NUREG/CR1767 (ORNL/NUREG/TM-408) 1981.
FP 流入量 0.0001 kg/s の場合、凝集モデルと重力沈降モデルそれぞれの効果により、沈着量は若干増加します。
FP 流入量 0.001 kg/s の場合、沈着量の増加に対する凝集モデルの寄与は顕著に大きいです。
時間経過とともに、粒径が成長し粒径分布は右へシフトします。
FP 流入量が大きいほうが粒径が成長し易い傾向（エアロゾル粒子の数密度が大きく衝突速度が大きくなるため）
沈着 FP 量の時間変化（FP 流入量 0.0001 kg/s）#
FP 沈着分布の時間変化
浮遊 FP 量の時間変化
【まとめ】#
- BAROC に FP エアロゾルの凝集モデルと重力沈降モデルを組み込み、原子炉建屋モデルを対象に評価解析を実行しました。
-
定性的に妥当な解析ができたことを確認しました。
1. 凝集による粒径成長
2. 重力沈降による床面での沈着量増加 -
定量的な検証解析は解析事例 NSPP エアロゾル試験の検証解析を参照ください。
関連ページ#
- 過酷事故時原子炉建屋・格納容器の熱流動解析コード Advance/BAROC
- 解析分野：流体
- 産業分野：原子力