燃料被覆管の熱変形挙動評価試験技術の開発(受託研究)

Development of testing techniques to evaluate thermal deformation behavior of fuel cladding tubes (Contract research)

金子 哲治; 塚谷 一郎; 木内 清

Kaneko, Tetsuji; Tsukatani, Ichiro; Kiuchi, Kiyoshi

低減速軽水炉用燃料は、高転換比と高燃焼度化を同時に達成するために、MOX燃料とUOブランケットの各ペレット燃料域の積層構造を有している。当該燃料棒は、現用ABWR燃料と比較して、長手方向における不均一な線出力密度分布に伴う熱応力が加わることが特徴である。そのためMOX燃料とUOブランケットに起因した異なる温度分布を持った被覆管の局所的変形挙動の評価が最も重要となる。そのような力学的特性評価試験法として、短尺の被覆管試験片を用いて、実用条件で想定される当該燃料棒の一段の積層部における2軸応力下での熱疲労挙動が再現できる力学的特性評価試験装置を設計した。本装置は、温度分布制御用加熱部,軸方向疲労要素負荷用低サイクル疲労制御部及び内圧疲労要素用の内圧負荷部から構成され、局所的な変形挙動が高精度で測定できる。また、本装置により、炉の起動停止や制御等の運転モードが関係した負荷変動,燃料棒の拘束条件,燃焼度に伴うFP内圧変化の試験を行うことが可能である。

Fuel elements used in the Reduced-Moderation Water Reactor (RMWR) have the stacking structure consisting of MOX pellets and UO blankets in a fuel rod in order to attain the high breeding ratio and high burn-up simultaneously. It is a characteristic of the fuel elements that there is high thermal stress caused by inhomogeneous linear power density along the longitudinal direction of the fuel rod in comparison with the present LWR fuels. For this reason, it is important to estimate local deformation behavior of the fuel cladding tube with temperature difference caused by MOX pellet and UO blanket. The testing machine was designed to investigate thermal-fatigue behavior under biaxial stress condition. The testing machine consists of the temperature distribution control unit, low cycle fatigue testing unit and internal pressure loading unit, it is also possible to conduct the simulation tests to investigate effects of pressure change with burn-up and longitudinal load change due to operation modes and restriction of fuel rods.