The water cooled lithium lead breeding blanket (BB) stands out as one of the most promising designs for future fusion reactor BBs. However, the significant interaction between water and lithium–lead, particularly triggered by an In-Box LOCA (Loss of Coolant Accident), presents a critical safety concern. This concern has spurred the scientific community to develop a sophisticated numerical analysis tool capable of simulating such a complex interaction. The SIMMER code family from Japan Atomic Energy Agency has emerged as the most suitable tool for conducting safety analysis evaluations to aid in the design of the WCLL-BB at a system level. Extensive efforts have been devoted in recent years to enhancing the accuracy of simulations for such accidents. Specifically, the SIMMER code was modified by UNIPI to accurately model the chemical interaction between water and lithium–lead. However, further refinement of the chemical model is deemed necessary for an accurate representation of the interaction between these two fluids. This refinement involves modeling lithium–lead as a liquid alloy and monitoring the concentration of the chemically active element, namely lithium. The modification has been implemented using a feature of SIMMER capable of distinguishing between Fertile and Fissile components of liquid fuel. Moreover, an initial endeavor to introduce a chemical reaction kinetic rate controlled by diffusion has been undertaken within SIMMER, drawing on the analogy between Heat Transfer and Mass Transfer. This work shows the verification of the new chemical model against the stoichiometry and the results of a SIMMER-III simulation using the new implemented diffusion model, highlighting the importance of developing the chemical kinetic for the safety evaluation of an In-Box LOCA.
水冷却リチウム鉛増殖ブランケット(BB)は、将来の核融合炉BBの最も有望な設計の一つとして際立っている。しかしながら、水とリチウム–鉛の間の顕著な相互作用は、特にインボックスLOCA(冷却材喪失事故)によって引き起こされる場合、重大な安全上の懸念をもたらす。この懸念は、科学コミュニティに、そのような複雑な相互作用をシミュレートできる高度な数値解析ツールの開発を促してきた。日本原子力研究開発機構によるSIMMERコードファミリーは、システムレベルでのWCLL-BBの設計を支援するための安全解析評価を実施する上で、最も適したツールとして浮上している。近年、そのような事故のシミュレーションの精度を向上させるために、多大な努力が払われてきた。具体的には、SIMMERコードは、水とリチウム–鉛の間の化学的相互作用を正確にモデル化するために、UNIPIによって修正された。しかしながら、これら二つの流体間の相互作用を正確に表現するためには、化学モデルのさらなる改良が必要であると見なされている。この改良には、リチウム–鉛を液体合金としてモデル化し、化学的に活性な元素、すなわちリチウムの濃度を監視することが含まれる。この修正は、液体燃料の親物質成分と核分裂性物質成分を区別できるSIMMERの機能を用いて実装された。さらに、拡散によって制御される化学反応速度をSIMMER内に導入する初期の試みが、熱伝達と物質伝達の類似性に基づいて行われた。この研究は、化学量論および新たに実装された拡散モデルを用いたSIMMER-IIIシミュレーションの結果に対する新しい化学モデルの検証を示し、インボックスLOCAの安全評価における化学反応速度の開発の重要性を強調している。