Behavior of YSZ based rock-like oxide fuels under simulated RIA conditions

反応度事故を模擬した条件でのYSZ型ROX燃料の挙動

中村 武彦 ; 草ヶ谷 和幸*; 笹島 栄夫 ; 山下 利之; 上塚 寛

Nakamura, Takehiko; Kusagaya, Kazuyuki*; Sasajima, Hideo; Yamashita, Toshiyuki; Uetsuka, Hiroshi

3種類の未照射の岩石(ROX)燃料、すなわちイットリア安定型ジルコニア(YSZ)型,YSZ/スピネル微細混合型,スピネル中YSZ粒子分散型、の反応度事故(RIA)時挙動を調べるためのパルス照射実験をNSRRで実施した。ROX燃料はPuを効率良く消費し廃棄するためのオプションの1つとして開発が進められている。ROX燃料はUO燃料に比べて融点が低いため、被覆管の溶融破損が生じる前に燃料の溶融が起こる。このため、燃料破損の影響はUO燃料とは全く異なる結果となった。ROX燃料が破損した際にはかなりの溶融燃料が冷却水中へ放出された。しかしながら、燃料/水熱的相互作用による機械的エネルギ発生は12GJ/m以下の体積当たりのエンタルピ範囲では生じなかった。他方、ROXの破損しきい値は10GJ/m以上であり、UO燃料と同等であった。これらの結果は、物性値の大きく異なる燃料の過渡挙動の相違に関して知見を与えるとともに、RIA時挙動で重要なパラメータを明らかにした。

Pulse irradiation tests of three types of ROX fuel, i.e. YSZ single phase, finely mixed two phase composite of YSZ and spinel, and the other composite of larger YSZ particles dispersed in spinel matrix, were conducted in the NSRR to investigate their behavior under RIA conditions. Owing to their lower melting temperatures than that of UO fuel, melting of ROX fuel occurred while the cladding was still solid and intact in the accident conditions. Therefore, consequence of the ROX fuel failure was quite different from that of UO fuel. When the ROX fuels failed, a considerable amount of the molten fuel was released out to the surrounding coolant water. In spite of the release, no significant mechanical energy generation due to fuel/coolant thermal interaction was observed in the tested enthalpy range below 12 GJ/m. In terms of the failure threshold, on the other hand, the ROX fuels failed at fuel volumetric enthalpies above 10 GJ/m, which was comparable to that of UO fuel. The results highlighted controlling parameters on the fuel behavior under the RIA conditions.