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Engineering aspects in modeling of high burnup LWR fuel behavior

軽水炉高燃焼度燃料のモデリングにおける工学的側面

鈴木 元衛

Suzuki, Motoe

高燃焼度燃料における複雑な相互作用を表現する燃料解析コードの設計において、コードは相互に依存しあうモデルの複雑な連関構造となることは避けられない。通常運転時においてはPCMIが発生し、ペレットと被覆管の間の強固なボンディング層は被覆管を二軸応力状態という厳しい機械的負荷に置く。一方、ボンディング層はギャップ熱伝達を促進し、ペレット温度を下げ、ペレットと被覆管の接触を保持するので、Lift-Off(内圧上昇によりギャップが開き、燃料温度が上昇してさらに内圧が上昇する現象)に対する抵抗性を増加させる。ペレットの振る舞いにおいては、FPガスバブルの成長は温度に強く依存するので、燃焼解析とリム層成長の結果を十分に包含できるようなペレット半径方向のメッシュ切りによってペレット温度を信頼性高く予測することが要求される。本講演ではこのような具体的側面の観点からモデリング方法を論じる。

In designing a fuel performance code which describes complicated interactions working in high burnup fuel, the code will inevitably become a complex structure of inter-dependent models. In normal operation conditions, PCMI occurs and the pellet-clad firm bonding layer makes the cladding to be subjected to a bi-axial stress state, i.e. under tough mechanical loading. In contrast, the bonding layer enhances thermal conductance, decreases the pellet temperature and keeps the pellet-clad contact, resulting in increased resistance against the Lift-Off. For pellet behaviors, the fission gas bubble growth is strongly dependent on temperature, so that a reliable prediction of fuel temperature is required by pellet radial meshing which can fully accommodate the burning analysis results and the rim structure growth. The presentation deals with modeling method in terms of specific aspects such as meshing.

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