Development and verifications of fast reactor fuel design code CEPTAR

高速炉燃料設計コードCEPTARの開発とコード検証

小澤 隆之   ; 安部 智之

Ozawa, Takayuki; Abe, Tomoyuki

高速炉燃料の高出力化及び高燃焼度化を実現するためには中空燃料の採用が有効であると考えられている。高燃焼度まで照射された中空燃料は照射中で変形と組織変化による中空部の潰れが観られるが、この挙動は燃料設計において許容最大線出力を決定する際の溶融限界線出力に大きな影響を及ぼす一つの要因でもある。このような中空燃料挙動を精度よく予測するためにCEPTARコードを開発し、照射試験結果を用いて検証した。本コードでは、ボイド移動で計算した径方向密度分布を用いた質量保存則に則って中心空孔径を評価し、熱膨張,スエリング及びクリープ変形については平面歪近似の応力・歪解析で評価する。さらに、本コードは高燃焼度燃料の被覆管-ペレットギャップ部に観察されるJOGの燃料スエリング抑制及びギャップ部熱伝達の改善といった効果についても考慮することが可能である。本稿ではCEPTARコードの概略と検証結果について報告する。

The annular fuel is very beneficial for fast reactor because of availability for both high power and high burn-up. Most of annular pellets irradiated up to high burn-up showed the central-hole shrinkage due to deformation and restructuring during irradiation. This shrinkage has a great influence on power-to-melt which is a main factor to decide the maximum power in the fuel design. In order to predict precisely the central-hole shrinkage during irradiation, CEPTAR code was developed and verified by using the results of various experiments. In this code, the central-hole diameter is decided in accordance with law of conservation of mass by using the radial profile of fuel density computed with the void migration model, and its deformation caused by the thermal expansion, swelling and creep is computed by the stress-strain analysis using the approximation of plane-strain. Furthermore, this code can also estimate the effect of Joint-Oxide-Gain (JOG) observed in a gap between the cladding and the fuel pellet with high burn-up, which is to decrease the fuel swelling and to improve the gap conductance due to deposition of solid fission product to JOG layer. In this paper, the outline of CEPTAR code and the results of verification are mentioned.