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  • Post-facta Analysis of Fukushima Daiichi Accident by Simple Physical Model

    The 17th International Workshop on Nuclear Safety & Simulation Technology

    Kyoto, Japan, January 21, 2014

    TANABE, Fumiya

    Sociotechnical Systems Safety Research Institute

    SOCTEX

  • a) Cladding of burnable poison rod b) Ag-In-Cd c) Assumed based on educated guess

  • 0.0001

    0.001

    0.01

    0.1

    Time after reactor shutdown (sec)

    1E-1 1E+0 1E+1 1E+2 1E+3 1E+4 1E+5 1E+6 1E+7 1E+8 1E+9

    N or

    m al

    iz ed

    p ow

    er

    Time dependent nuclear decay heat

  • Core water level calculation model:

  • Heat and hydrogen generation by zirconium-steam reaction All steam assumed to react with zirconium higher than 1500K

  • 0.00E+00

    2.00E+07

    4.00E+07

    6.00E+07

    8.00E+07

    1.00E+08

    1.20E+08

    0 1000 2000 3000 4000 5000

    Zr 0% oxidized

    Zr 20% oxidized

    Zr 40% oxidized

    Zr 60% oxidized

    Zr 80% oxidized

    Zr 100% oxidized

    Temperature (K)

    En er

    gy (k

    ca l)

    Total core and lower plenum energy curve for 1F-1 nuclear reactor

  • 0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    3.5

    4

    0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

    Time after the beginning of core uncovering (s) 2011/03/11 16:50

    C or

    e w

    at er

    le ve

    l (m

    ) Core water level in 1F-1 nuclear reactor accident

  • Core material temperature in the 1F-1 nuclear reactor accident

    0

    500

    1000

    1500

    2000

    2500

    3000

    3500

    4000

    0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000

    Core material

    Core material without Zr-steam reaction

    Core and lower plenum material

    Time after the beginning of core uncovering (s)

    Te m

    pe ra

    tu re

    (K )

    2011/03/11 16:50

    MP(Fe)

    MP(Zr)

    MP(ZrO2)

    MP(UO2)

  • 0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    350

    400

    450

    500

    0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

    Time after the beginning of core uncovering (s)

    H yd

    ro ge

    n m

    as s

    (k g)

    2011/03/11 16:50

    Calculated hydrogen generation in 1F-1nuclear reactor

  • 0.01

    0.1

    1

    10

    100

    1000

    10000

    100000

    2011/3/11 0:00 2011/3/12 0:00 2011/3/13 0:00 2011/3/14 0:00 2011/3/15 0:00 2011/3/16 0:00 2011/3/17 0:00 2011/3/18 0:00 2011/3/19 0:00

    正門付近(1~3号機の南西)

    MP-4付近(1~3号機の北西)

    西門(1~3号機の西)

    事務本館北(1~3号機の北)

    空 間 放 射 線 量 率 ( μS

    v/ h)

    1Fサイト空間放射線量率

  • 0.01

    0.1

    1

    10

    100

    1000

    10000

    3/12 0:00 3/12 12:00 3/13 0:00 3/13 12:00 3/14 0:00 3/14 12:00 3/15 0:00 3/15 12:00 3/16 0:00 3/16 12:00 3/17 0:00

    浪江町幾代橋(北8.2km)IC 双葉町郡山(北北西2.8km)NaI 双葉町新山(北北西3.9km)IC 浪江町浪江(北北西8.6km)IC 双葉町上羽鳥(北西5.6km)IC 双葉町山田(西北西4.1km)IC 大熊町大野(西南西4.9km)IC 大熊町向畑(南西4.0km)NaI 大熊町夫沢(南南西1.6km)NaI 富岡町夜の森(南南西7.3km)IC 楢葉町松館(南南西14.2km)IC 楢葉町山田岡(南18.7km)IC

    空 間 放 射 線 量 率 ( μS

    v/ h)

  • 0.01

    0.1

    1

    10

    100

    1000

    10000

    0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00

    浪江町幾代橋(北8.2km)IC 双葉町郡山(北北西2.8km)NaI 双葉町新山(北北西3.9km)IC 浪江町浪江(北北西8.6km)IC 双葉町上羽鳥(北西5.6km)IC 双葉町山田(西北西4.1km)IC 大熊町大野(西南西4.9km)IC 大熊町向畑(南西4.0km)NaI 大熊町夫沢(南南西1.6km)NaI 富岡町夜の森(南南西7.3km)IC 楢葉町松館(南南西14.2km)IC 楢葉町山田岡(南18.7km)IC

    空 間 放 射 線 量 率 ( μS

    v/ h)

  • 0.01

    0.1

    1

    10

    100

    2011/3/11 0:00 2011/3/12 0:00 2011/3/13 0:00 2011/3/14 0:00 2011/3/15 0:00 2011/3/16 0:00 2011/3/17 0:00 2011/3/18 0:00 2011/3/19 0:00

    南相馬市

    飯館村

    福島市

    郡山市

    白河市

    いわき市

  • Total core energy curve for the Fukushima Daiichi-Unit 3 and Unit 2 nuclear reactor

    0.00E+00

    1.00E+07

    2.00E+07

    3.00E+07

    4.00E+07

    5.00E+07

    6.00E+07

    7.00E+07

    8.00E+07

    9.00E+07

    1.00E+08

    0 1000 2000 3000 4000 5000

    Zr 0% oxidized

    Zr 20% oxidized

    Zr 40% oxidized

    Zr 60% oxidized

    Zr 80% oxidized

    Zr 100% oxidized

    Temperature (K)

    En er

    gy (k

    ca l)

    MP(Fe) MP(Zr) MP(ZrO2)

    MP(UO2)

  • 0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    3.5

    4

    0 5000 10000 15000 20000 25000

    Present calculation

    Measured

    C or

    e w

    at er

    le ve

    l ( m

    )

    2011/3/13 03:29

    Core water level in 1F-3 nuclear reactor accident

  • 0

    500

    1000

    1500

    2000

    2500

    3000

    3500

    0 5000 10000 15000 20000 25000

    Core material without Zr-steam reaction

    Core material

    core and lower plenum material

    Time after the beginning of core uncovering (s)

    Te m

    pe ra

    tu re

    (K )

    2011/03/13 03:29

    MP(Fe)

    MP(Zr)

    MP(ZrO2)

    MP(UO2)

    Core material temperature in 1F-3 nuclear reactor accident

  • 0

    200

    400

    600

    800

    1000

    1200

    1400

    0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

    Time after the beginning of core uncovering (s)

    H

    yd ro

    ge n

    m as

    s (k

    g)

    2011/03/13 03:29

    Calculated hydrogen generation in 1F-3 nuclear reactor

  • 0

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    0.9

    1

    6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00

    A系原子炉圧力(Mp abs) B系原子炉圧力(Mpa abs) D/W圧力 (MPa abs) S/C圧力 (MPa abs)

  • 0.01

    0.1

    1

    10

    100

    1000

    10000

    100000

    2011/3/11 0:00 2011/3/12 0:00 2011/3/13 0:00 2011/3/14 0:00 2011/3/15 0:00 2011/3/16 0:00 2011/3/17 0:00 2011/3/18 0:00 2011/3/19 0:00

    正門付近(1~3号機の南西)

    MP-4付近(1~3号機の北西)

    西門(1~3号機の西)

    事務本館北(1~3号機の北)

    空 間 放 射 線 量 率 ( μS

    v/ h)

    1Fサイト空間放射線量率

  • 0.01

    0.1

    1

    10

    100

    1000

    10000

    3/12 0:00 3/12 12:00 3/13 0:00 3/13 12:00 3/14 0:00 3/14 12:00 3/15 0:00 3/15 12:00 3/16 0:00 3/16 12:00 3/17 0:00

    浪江町幾代橋(北8.2km)IC 双葉町郡山(北北西2.8km)NaI 双葉町新山(北北西3.9km)IC 浪江町浪江(北北西8.6km)IC 双葉町上羽鳥(北西5.6km)IC 双葉町山田(西北西4.1km)IC 大熊町大野(西南西4.9km)IC 大熊町向畑(南西4.0km)NaI 大熊町夫沢(南南西1.6km)NaI 富岡町夜の森(南南西7.3km)IC 楢葉町松館(南南西14.2km)IC 楢葉町山田岡(南18.7km)IC

    空 間 放 射 線 量 率 ( μS

    v/ h)

  • 0.01

    0.1

    1

    10

    100

    2011/3/11 0:00 2011/3/12 0:00 2011/3/13 0:00 2011/3/14 0:00 2011/3/15 0:00 2011/3/16 0:00 2011/3/17 0:00 2011/3/18 0:00 2011/3/19 0:00

    南相馬市

    飯館村

    福島市

    郡山市

    白河市

    いわき市

  • 0.00E+00

    2.00E+07

    4.00E+07

    6.00E+07

    8.00E+07

    1.00E+08

    1.20E+08

    1.40E+08

    0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

    Zr 0% 0xidized Zr 20% oxidized Zr 40% oxidized Zr 60% oxidized Zr 80% 0xidized Zr 100% oxidized

    Temperature (K)

    En er

    gy (k

    ca l)

    Total core and lower plenum energy curve for 1F-2 and 1F-3 nuclear reactor

  • 0

    0.5

    1

    1.5

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