Effect of cladding surface pre-oxidation on rod coolability under reactivity initiated accident conditions

被覆管予備酸化膜が反応度事故時の燃料棒冷却性に及ぼす影響

杉山 智之 ; 更田 豊志

Sugiyama, Tomoyuki; Fuketa, Toyoshi

反応度事故(RIA)条件下で被覆管表面予備酸化膜が燃料棒の冷却性に及ぼす影響を調べた。照射済燃料棒の表面では膜沸騰遷移(DNB)が抑制され、またクエンチが早く生じるため、結果的に未照射燃料棒よりも冷却性が高いことがNSRR実験により示されてきた。沸騰遷移に影響を与え得る要因を考察した後、最も可能性が高いと考えられる表面予備酸化膜の影響について、未照射燃料に対するパルス照射実験により検証を行った。被覆管表面の条件としては、酸化膜無し,1ミクロン及び10ミクロン厚酸化膜付の3通りを用意した。温度計測結果により、酸化表面では温度及び燃料エンタルピに関するDNB発生しきい値が上昇し、同時に、クエンチ発生温度が上昇することで膜沸騰継続時間が短縮されることが示された。これら限界熱流束点及び極小熱流束点の変動は表面ぬれ性の増大により起こり得る。本実験においては、酸化膜の厚さではなくその有無が結果を左右していることから、酸化時の表面粗さ増大ではなく、酸化による化学ポテンシャルの変化が表面ぬれ性に影響を与えたと考えられる。

The effect of cladding surface pre-oxidation on the rod coolability under reactivity initiated accidents was investigated. NSRR tests on irradiated fuel rods have shown higher rod coolability than that of fresh rods, which arose from suppressed DNB and early quench at the surface. To identify the dominant factor, possible factors such as pellet cracking and so on, were assessed. The most probable factor, the cladding pre-oxidation, was examined by pulse irradiation tests on fresh rods with three cladding surface conditions, no oxide layer, 1m and 10m-thick oxide layers. Temperature measurements showed increased thresholds for DNB and quench at the pre-oxidized surface, leading to a reduced film boiling duration. The shifts of the critical and minimum heat flux points could be caused by the surface wettability increase. In the present tests, the wettability change was probably dominated by the chemical potential change at the surface due to pre-oxidation. The test results indicate the effects do not depend on the oxide layer thickness, but on the presence of the oxide layer.