報告書番号

NR24012

タイトル（和文）

蒸気発生器伝熱管破断時の注水スクラビングによるFP低減効果を評価するためのプロセス構築－APIを用いたSGスクラビングモデルのMAAP実装－

タイトル（英文）

Development of an Evaluation Process for FP Removal Efficiency by Water Injection Scrubbing Phenomenon during Steam Generator Tube Rupture - MAAP Implementation and Application of the SG Scrubbing Model using API -

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背　　景
加圧水型軽水炉（PWR）の蒸気発生器（SG）伝熱管が破断する事故（SGTR）において、放射性物質（FP）の放出低減策として、SGへの注水によるスクラビング（以下SGスクラビング）が有効と考えられる。SGスクラビングによるFP除去効果（除染係数：DF）では、高速で噴出するガスによって形成されるジェット状の流動場における粒子捕捉（DFJET）、気泡群上昇領域における気液界面での粒子捕捉（DFBR,、DFBD）の３つが重要である（図1）。しかし、既存の原子炉事故解析コードMAAPのスクラビングモデルはプールスクラビングを前提としており、SGスクラビング特有のジェット状の流動場を考慮できていない。この課題を克服し、SGTR時の注水スクラビングにおけるDFの評価精度を向上させるには、MAAPのAPI機能を活用した新たな評価手法の構築が必要である。
目　　的
SGTR時の注水スクラビングにおけるDFを評価するため、既報を基に、DFJET、DFBR,、DFBDを組み合わせてSGスクラビングモデルを作成し、それをMAAPのアプリケーション・プログラミング・インターフェース（API）機能で実装する。
主な成果
1. 既報（[1], [2], [3]）を基にした電中研SGスクラビングモデルの作成
電中研SGスクラビングモデルは、全体の除去係数（DFTotal）を既報から得られた、DFJET、DFBR、DFBDの積として表現する。このモデルは、SGTR時の、破断口からガスが高速で噴出し、ジェット状の流動場が形成されるSGスクラビング特有の流動場特性を考慮している。なお、DFJET、DFBR、DFBDは、非管群体系の実験から得られたものではあるが、ガス流速0～320 m/s、二相水位0～4.5 m、粒径0.03～3.0 µmと一部適用範囲外の条件も存在するSGスクラビングでの想定条件を広範囲にわたって網羅する（図2）。

2. MAAP APIによる電中研SGスクラビングモデルの実装
MAAP APIを用いて電中研SGスクラビングモデルを実装した。MAAPで計算した二相水位とガス流速を入力とし、電中研SGスクラビングモデルから粒径ごとのDFを算出する（図3）。給水制御系統により約3.2 mの水位が維持され、SG伝熱管群の頂部が破断し、FPを含むガスが約200 m/sの速度で噴出する条件下（図4）において、DFJET、DFBR、DFBDを計算し、これらの積からDFTotalを求めた。MAAP APIによるモデル実装の適切性を確認するため、APIを介さず独立に計算した検証用の結果とMAAP APIの出力結果を比較した。その結果、両方の計算結果が一致し、このことから電中研SGスクラビングモデルが適切に実装されたことが確認された。

概要 （英文）

This study integrates a Steam Generator (SG) scrubbing model developed by the Central Research Institute of Electric Power Industry (CRIEPI) into the Modular Accident Analysis Program (MAAP) using its Application Programming Interface (API). The objectives is to evaluate SG scrubbing's effectiveness in mitigating fission product (FP) release during a Pressurized Water Reactor (PWR) Steam Generator Tube Rupture (SGTR) scenario and compare it with the conventional MAAP scrubbing model. SG scrubbing differs from conventional pool scrubbing due to the formation of a jet-like flow field, which enhances FP removal. However, existing severe accident analysis codes, including MAAP, lack a dedicated SG scrubbing model. By incorporating the CRIEPI SG scrubbing model, this study assesses its impact on FP removal efficiency. Results indicate that the SG scrubbing model yields significantly higher Decontamination Factor (DF) values than the conventional MAAP model. This increase is attributed to jet-induced DFJET and bubble rise DFBR, which are not fully considered in MAAP. Additionally, DF time evolution differs between the models, suggesting limitations in MAAP's pre-calculated DF tables. Further validation of the SG scrubbing model is needed, including refining parameters and expanding verification. The findings provide insights into improving scrubbing models for severe accident analysis, with ongoing updates to incorporate the latest experimental data.

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