原子炉内で溶けた燃料が大量の微小な液滴に分裂 その現象を３次元で可視化する筑波大学，日本原子力研究開発機構
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原子炉事故では、浅い水のプールに落下した溶融燃料の一部が大量の微小な液滴に分裂する可能性がある。今回，筑波大学などのグループは溶けた燃料と水という異なる二つの液体による現象を模擬実験により3次元で可視化する手法を開発した。生じる多数の液滴1つ1つの大きさや速さを高精度に計測できる可視化手法を適用し、その結果、二つの液体の速度差や、液体の運動による遠心力および重力が液滴の発生に影響を与えることを明らかにした。
溶融燃料を模擬した液体の断面形状を取得できる技術では、薄い膜状のレーザー光（シートレーザー）を用い、このレーザー光が通過する断面を発光させることで、断面形状を取得していた（レーザー誘起蛍光（LIF)法）。その断面の前後にも広がる液滴も観察し、さらに液滴の量や一つ一つの大きさを計測するため、発光させる断面の位置を高速かつ任意に変化させることが課題であった。今回、ガルバノスキャナーを実験装置に組み込み、発光させる断面位置を高速かつ任意に変化させることに成功し、液体が大量の液滴に分裂する現象を3次元で可視化できる手法（3D-LIF法）を開発した。得られた溶融燃料を模擬した液体の3次元形状データを計算機で処理することで、液滴一つ一つの大きさや速さを高精度に計測することが可能になった。また、詳細二相流数値解析コードを用いることで、同様の現象を再現することが可能となった。
本研究により、液体が大量の液滴に分裂する現象を3次元で可視化できる手法を開発し、燃料デブリが形成される過程の一部を理解することができた。この成果は福島第一原子力発電所（1F）の廃炉に貢献でき，原子炉の安全性向上に寄与する。
