Analytical study of the applicability of FeCrAl-ODS cladding for BWR

BWR用FeCrAl-ODS被覆管の適用性に関する解析研究

高野 渉*; 草ヶ谷 和幸*; 後藤 大輔*; 坂本 寛*; 山下 真一郎   

Takano, Sho*; Kusagaya, Kazuyuki*; Goto, Daisuke*; Sakamoto, Kan*; Yamashita, Shinichiro

事故耐性燃料の一つである酸化物分散強化したFeCrAl鋼(FeCrAl-ODS)に着目した。FeCrAl-ODSは、BWRに適用できる見通しはあるものの、相対的に高い中性子吸収が補償されなければならない。我々は、中性子経済性に対するインパクトを減らすための薄肉FeCrAl-ODS被覆管を設計し、薄肉FeCrAl-ODS被覆管で構成される99型先進沸騰水型軽水炉(ABWR)バンドルを装荷した時の、炉心の特性を評価した。ウォーターロッドやチャンネルボックスにも薄肉FeCrAl-ODSを適用した。解析の結果、FeCrAl-ODS炉心反応度は、UO燃料を上限の5wt%までウラン濃縮度を増加させることで十分な値が得られることを確認した。さらに、幾つかの代表的なFeCrAl-ODSの炉心特性をジルカロイ炉心の時と比較し、通常時及び過渡時の薄肉FeCrAl-ODS被覆管の熱機械的挙動は許容できる範囲にあることも確認した。これらの結果から、本研究の解析条件の範囲においては、FeCrAl-ODSがBWRに適用できると結論される。

We focused on one of accident tolerant fuel (ATF) materials, Oxide Dispersion Strengthened Fe-Cr-Al Steel (FeCrAl-ODS). There is a reasonable prospect that FeCrAl-ODS is applied to BWRs, but relatively high neutron absorption should be compensated. To decrease adverse neutron economic impact, thin FeCrAl-ODS cladding was designed, and we evaluated characteristics of a core into which 99 Advanced BWR (ABWR) bundles with thin FeCrAl-ODS claddings were loaded. Thin FeCrAl-ODS water rods and channel boxes were also applied. We confirmed that FeCrAl-ODS core reactivity was sufficient by increasing enrichment of UO fuel under the limit of 5 wt%. Moreover, some representative FeCrAl-ODS core characteristics were comparable to zircaloy core. We also confirmed that fuel thermal-mechanical behaviors of thin FeCrAl-ODS cladding at normal operation and transient conditions were acceptable. These results led to a conclusion that FeCrAl-ODS was applicable to BWR in the analysis range of this study.