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A Study on self-terminating behavior of sodium-concrete reaction, 2

ナトリウム-コンクリート反応の終息挙動に関する研究,2

河口 宗道; 宮原 信哉; 宇埜 正美*

Kawaguchi, Munemichi; Miyahara, Shinya; Uno, Masayoshi*

ナトリウム冷却高速炉のシビアアクシデント研究の一環として、ナトリウム-コンクリート反応(SCR)の停止機構を解明するための実験を行った。実験では、細長いコンクリート試験体を使用し、途中で周囲の断熱材を取り外して、強制冷却できるようにした。反応時間を変えた実験を複数回実施することにより、ナトリウム(Na)や反応生成物の分布の時間変化に係るデータを取得した。その結果、初期段階では反応界面において十分に存在していたNaが時間の経過とともに減少し、反応停止後は、Na濃度が18-24wt.%、Si濃度が22-18wt.%となった。また、熱力学計算より、反応界面での安定物質は90wt.%以上がNa$$_{2}$$SiO$$_{3}$$等の固体物質であり、Naは含まれないことがわかった。さらに、定常状態の沈降拡散方程式を用いてこれらの解釈を試みた。SCR初期では、水素発生速度が高いために微粒化した反応生成物はプール中を浮遊するが、コンクリート侵食の進展ならびに反応生成物の増加につれて、水素発生速度に依存しつつも反応生成物の沈降・堆積が顕著になると説明できる。以上により、反応界面での反応生成物の堆積に起因するNaの欠乏により、SCRが次第に停止するとの結論に至った。

As parts of severe accident studies in sodium-cooled fast reactor, experiments were performed to investigate the termination mechanism of sodium-concrete reaction (SCR). In the experiment, the reaction time was controlled to investigate the distribution change of sodium (Na) and the reaction products in the pool and around the reaction front. In the results, the Na around the reaction front decreased from the enough amount with the reaction time. The concentrations were 18-24 wt.% for Na, and 22-18 wt.% for Si after the termination. From the thermodynamics calculations, the stable materials around the reaction front comprised more than 90 wt.% solid products such as Na$$_{2}$$SiO$$_{3}$$, and no Na. Further, the distribution of Na and reaction products could be explained by a steady-state sedimentation-diffusion model. At the early stage of SCR, the reaction products were suspended as particles in the Na pool because of the high H$$_{2}$$-generation rate. As the concrete ablation proceeds, they start settling down due to the decreased H$$_{2}$$-generation rate, thereby allowing SCR termination. It was concluded that SCR termination was caused by the sediment of the reaction products and the lack of Na around the reaction front.

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