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論文

Effects of ballooning and rupture on the fracture resistance of Zircaloy-4 fuel cladding tube after LOCA-simulated experiments

湯村 尚典; 天谷 政樹

Annals of Nuclear Energy, 120, p.798 - 804, 2018/10

 被引用回数:4 パーセンタイル:53.26(Nuclear Science & Technology)

To investigate the relationship between the fracture resistance of a cladding tube and the amount of deformation of the cladding tube due to ballooning and rupture during a loss-of-coolant accident (LOCA), four-point-bending tests were performed using non-irradiated Zircaloy-4 cladding tubes which experienced a LOCA-simulated sequence (ballooning, rupture, high temperature oxidation and quench). According to the obtained results, it was found that the maximum bending stress of the cladding tube after the LOCA-simulated sequence, which was defined as the fracture resistance, correlated to the average thickness of prior-$$beta$$ layer in the cladding tube. Based on the average thickness of prior-$$beta$$ layer, the fracture resistance of the cladding tube with ballooning and rupture was expressed as functions of isothermal oxidation time and temperature and the maximum circumferential strain on the cladding tube.

口頭

Four point bend test results of ballooned cladding tubes

湯村 尚典

no journal, , 

Fuel safety during long-term cooling following a LOCA sequence has been a key issue since the accident at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant. In order to investigate effects of ballooning and rupture on the fracture resistance of cladding tube, the relationship between the fracture resistance and the cladding deformation due to ballooning and rupture is investigated by performing four-point-bend test on non-irradiated Zircaloy-4 cladding tube specimen. As a result, the maximum bending moment at fracture decreased with increasing the maximum circumferential strain. However, the correlation between the maximum bending moment and the size of rupture opening was not clear. The oxidation and stress concentration in the region around rupture opening seemed to be more effective on the fracture position than those of the secondary hydriding within the examined conditions.

口頭

LOCA時の燃料被覆管の膨れ量と急冷後の曲げ強度との関係

湯村 尚典; 天谷 政樹

no journal, , 

LOCA時の温度履歴を模擬した条件下で膨れ破裂及び酸化させた未照射被覆管を用いて4点曲げ試験を実施した。その結果、膨れ量の増加に伴い曲げ強度が低下する傾向が見られた。これは被覆管の機械強度を左右するprior-$$beta$$相厚さが膨れ量の増加に伴い減少する影響と考えられる。また膨れ量約30%以下の領域では破裂開口部以外に荷重点もしくは支持点での破損も見られた。酸化後の被覆管の軸方向水素濃度分布を調べた結果、荷重点または支持点での二次水素化による影響と考えられるピークが観察されていることから、被覆管の曲げ強度は、膨れ量が小さくなるとprior-$$beta$$相の厚さに加え二次水素化による脆化の影響も受けるようになると考えられる。

口頭

Four point bend test results of ballooned cladding tubes

湯村 尚典

no journal, , 

膨れ破裂後、LOCA時の温度履歴を模擬した条件下で酸化させた未照射被覆管を用いて4点曲げ試験を実施した。その結果、膨れ量の増加もしくはECRの増加に伴い曲げ強度が減少することが分かった。膨れ部の金相観察を行った結果、膨れ量およびECRの増加と金属相内のprior-betaの肉厚減少に強い相関があり、過去のリング衝撃圧縮試験と同様にprior-betaの肉厚が曲げ強度に影響していることが分かった。本実験結果を基に膨れ量とECRからprior-betaの肉厚および曲げ強度の予測式を作成した。この予測式は実験結果および公開データを$$pm$$5N-m程度の精度で再現した。

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