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RIA-simulating experiments on high burnup PWR fuel rods with advanced cladding alloys

改良被覆管を備えた高燃焼度PWR燃料の反応度事故模擬実験

杉山 智之; 更田 豊志; 小澤 正明*; 永瀬 文久

Sugiyama, Tomoyuki; Fuketa, Toyoshi; Ozawa, Masaaki*; Nagase, Fumihisa

改良被覆管を備えた燃焼度約60GWd/tのPWR UO$$_2$$燃料を対象として2回の反応度事故模擬実験を行った。MDA被覆及び大粒径(約25$$mu$$m)ペレットを備えた燃料棒に対しピーク燃料エンタルピー条件435J/gで実施したOI-10実験では、約0.7%の被覆管周方向残留歪が生じた。一方、ZIRLO被覆及び従来ペレットの燃料棒に対して行ったOI-11実験では、燃料エンタルピーが500J/gに達した時点でペレット被覆管機械的相互作用(PCMI)による燃料破損が生じた。発熱部全長に及ぶ縦割れが被覆管に生じ、微粒子化した燃料ペレットが冷却水中に放出された。破損時の燃料エンタルピーは、当該燃焼度に対するPCMI破損しきい値209J/gを大きく上回っていた。本実験の結果は、従来のジルカロイ4と比較し、耐食性が向上した被覆管がPCMI破損に対してより大きな安全余裕を持つことを示した。

Two pulse irradiation experiments simulating reactivity initiated accidents were performed on high burnup ($$sim$$60 GWd/t) PWR UO$$_2$$ rods with advanced cladding alloys. Test OI-10 was performed on an MDA cladded rod with large-grain ($$sim$$25 $$mu$$m) fuel pellets with a peak fuel enthalpy condition of 435 J/g, and resulted in a peak residual hoop strain of 0.7%. On the other hand, Test OI-11 on a ZIRLO cladded rod with conventional pellets resulted in a fuel failure at a fuel enthalpy of 500 J/g due to the pellet-cladding mechanical interaction (PCMI). A long axial split was generated on the cladding over the active length. The fuel pellets were fragmented and dispersed into the coolant water. The fuel enthalpy at failure is higher than the PCMI failure criterion of 209 J/g at the corresponding burnup. The experimental results suggest that the rods with improved corrosion resistance have much safety margin against the PCMI failure compared to the conventional Zircaloy-4 rod.

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