發生核電站事故時，反應堆芯內的燃料熔化後落入冷卻劑池時會壓碎成大量細小液滴並擴散。熔融燃料及壓碎液滴冷卻凝固，便形成燃料碎片。若冷卻池較淺，熔融燃料會在碰撞過程中形成液滴，導致燃料碎片的形成過程極為複雜。
國立研究開發法人日本原子能研究開發機構（JAEA）原子能基礎工學研究中心的堀口直樹研究員、吉田啟之研究主席，以及筑波大學的金子曉子教授、阿部豐名譽教授等人組成的研究團隊，為觀察淺池中的熔融燃料撞擊池底壓碎為液滴的現象及其狀況，開發出了可對液體壓碎成大量液滴現象進行三維視覺化的方法。通過處理三維視覺化數據，還實現了對每個液滴大小和速度的高精度測量。該研究成果已發表在期刊《Physics of Fluids》上。
日本原子能研究開發機構原子能基礎工學研究中心的堀口直樹研究員（供圖：科學新聞社）
雷射誘導螢光法（LIF法）通過使雷射束透過的截面產生螢光來獲取截面形狀，但要觀測截面前後區域擴散的液滴，並進一步測量液滴數量及每個液滴大小，實現發光截面位置的高速且任意調整是一大課題。此次，研究通過在實驗裝置中安裝振鏡掃描器（反射鏡），成功實現了該發光截面位置的高速且任意調整。由此，開發出了能三維視覺化液體壓碎成大量液滴現象的3D-LIF法。通過對模擬所得熔融燃料的液體的三維高寬比據進行計算機處理，目前能夠高精度測量每個液滴的大小與速度。
堀口研究員表示：「我們成功視覺化了液體在0.5秒內壓碎成近千個液滴的現象。研究發現，液滴生成源於兩種液體的速度差與離心力引發的表面波動模式、重力驅動的液膜斷裂模式。通過改變液體種類獲取多樣化數據，並結合數值模擬，該成果可推動福島第一核電站（IF）的廢堆作業，並提升反應堆核心設計的可靠性。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Physics of Fluids
論文：Atomization Mechanisms in the Vortex-like Flow of a Wall-impinging Jet in a Shallow Pool
DOI：10.1063/5.0253743
