发生核电站事故时，反应堆芯内的燃料熔化后落入冷却剂池时会破碎成大量细小液滴并扩散。熔融燃料及破碎液滴冷却凝固，便形成燃料碎片。若冷却池较浅，熔融燃料会在碰撞过程中形成液滴，导致燃料碎片的形成过程极为复杂。
国立研究开发法人日本原子能研究开发机构（JAEA）原子能基础工学研究中心的堀口直树研究员、吉田启之研究主席，以及筑波大学的金子晓子教授、阿部丰名誉教授等人组成的研究团队，为观察浅池中的熔融燃料撞击池底破碎为液滴的现象及其状况，开发出了可对液体破碎成大量液滴现象进行三维可视化的方法。通过处理三维可视化数据，还实现了对每个液滴大小和速度的高精度测量。该研究成果已发表在期刊《Physics of Fluids》上。
日本原子能研究开发机构原子能基础工学研究中心的堀口直树研究员（供图：科学新闻社）
图1 可视化方法概要（供图：科学新闻社）
激光诱导荧光法（LIF法）通过使激光束透过的截面产生荧光来获取截面形状，但要观测截面前后区域扩散的液滴，并进一步测量液滴数量及每个液滴大小，实现发光截面位置的高速且任意调整是一大课题。此次，研究通过在实验装置中安装振镜扫描器（反射镜），成功实现了该发光截面位置的高速且任意调整。由此，开发出了能三维可视化液体破碎成大量液滴现象的3D-LIF法。通过对模拟所得熔融燃料的液体的三维形状数据进行计算机处理，目前能够高精度测量每个液滴的大小与速度。
堀口研究员表示：“我们成功可视化了液体在0.5秒内破碎成近千个液滴的现象。研究发现，液滴生成源于两种液体的速度差与离心力引发的表面波动模式、重力驱动的液膜断裂模式。通过改变液体种类获取多样化数据，并结合数值模拟，该成果可推动福岛第一核电站（IF）的废堆作业，并提升反应堆堆芯设计的可靠性。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Physics of Fluids
论文：Atomization Mechanisms in the Vortex-like Flow of a Wall-impinging Jet in a Shallow Pool
DOI：10.1063/5.0253743
