窒化物燃料の照射挙動および設計評価用モデルに関する調査・検討

lrradiation behavior and performance model of nitride fuel

井上 賢紀 ; 鵜飼 重治  ; 浅賀 健男

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実用化戦略調査研究における窒化物燃料オプションの実現性評価に資するため、窒化物燃料の照射挙動および設計評価用モデルに関する調査・検討を行った。(1)燃料ピン機械設計評価(CDF評価)への反映被覆管のクリープ寿命分数和の評価には、内圧変化(FPガス放出率)と被覆管減肉挙動(FCCI挙動)に関する情報が必要である。また、窒化物燃料は酸化物燃料に比較してFPガス放出率をかなり小さく抑えられる可能性があることが指摘されており、プレナム長さの低減による炉心燃料集合体の短尺化の可能性もある。そこで、窒化物燃料のFPガス放出挙動とFCCI挙動に関する過去の報告例を整理し、実績範囲を明確化するとともに、高燃焼度領域までの予測評価を行った。(2)燃料ピン仕様選定への反映燃料体積率向上の観点からはより高い燃料スミア密度の燃料ピン仕様が望まれるが、窒化物燃料は酸化物燃料に比較して燃料スエリングが大きく、FCMI挙動の観点からスミア密度には上限値(許容燃料スミア密度)が存在すると考えられる。そこで、窒化物燃料の燃料スエリング挙動に関する過去の報告例を整理し、実績範囲を明確化するとともに、高燃焼度領域に対する予測評価を行った。(3)水冷却オプション特有の問題に関する調査軽水炉あるいは超臨界圧水炉を発展させた高速炉概念に関連し、窒化物燃料と高温水との共存性に関する過去の報告例を整理した。

Irradiation behavior and performance models were investigated in order to apply for nitride fuel options in feasibility study on fast breeder reactor and related recycle systems. (1)MechanicaI design of nitride fuel pin: The behaviors of fission gas release (increase of internal Pressure) and fuel-to-cladding chemical interaction (decrease of cladding thickness) are needed to evaluate cumulative damage fraction in case of fuel pin mechanical design. The behaviors of fission gas release and fuel-to-cladding chemical interaction were investigated from the past studies up to high burnuP, since the lower fission gas release in nitride fuel than in oxide fuel could contribute to reduce the plenum volume and result in the shortening of fuel Pin length. (2)Fuel pin smear density: The higher fuel smear density is preferred for the higher fissile density to improve the core characteristic. The behaviors of fuel pellet swelling were investigated from the past studies up to higher burnup, since the larger fuel pellet swelling in nitride fuel than in oxide fuel would restrict high burunp capability due to fuel-cladding mechanical interaction. (3)Compatibility of nitride fuel with high Temperature water: Compatibility of nitride fuel with high temperature water were investigated from the past studies to contribute water cooled fast breeder reactor options.