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Investigation of hydride rim effect on failure of Zircaloy-4 cladding with tube burst test

内圧破裂試験を用いたジルカロイ-4被覆管の破損挙動に及ぼす水素化物リムの影響に関する研究

永瀬 文久; 更田 豊志

Nagase, Fumihisa; Fuketa, Toyoshi

水素添加ジルカロイ-4被覆管に対し室温及び620Kにおいてバースト試験を行った。NSRRでのパルス照射時に高燃焼度燃料で起こる急激なPCMIを模擬し、加圧速度は最高3.4MPa/msまで高めた。被覆管中の水素濃度範囲は150$$sim$$1050ppmであり、高燃焼度PWR燃料被覆管と同様に被覆管外周部に水素化物を集積させ、「水素化物リム」を形成させた。室温試験で、水素吸収被覆管は軸方向に長い亀裂を呈して破損した。水素化物リムでは、脆性的な破壊が見られ、破損形態はNSRR実験で観察されたものと同じであった。また、水素化物リムにより、破裂圧力や周方向残留ひずみは明確に低下した。水素化物リムの厚さが被覆管肉厚の18%を超える場合、620Kにおいても周方向ひずみは非常に小さかった。本研究の結果は、RIA条件下における高燃焼度燃料棒の破損において水素化物集積層が重要な役割を果たすことを示している。

Tube burst tests have been performed with artificially hydrided Zircaloy-4 specimens at room temperature and at 620 K. Pressurization rate was increased to a maximum of 3.4 GPa/s in order to simulate rapid PCMI that occurs in high burnup fuel rods during a pulse-irradiation in the NSRR. Hydrogen content in the specimens ranged from 150 to 1050 ppm. Hydrides were accumulated in the cladding periphery and formed "hydride rim" as observed in high burnup PWR fuel claddings. The hydrided cladding tubes failed with an axial crack at the room temperature tests. Brittle fracture appeared in the hydride rim, and failure morphology was similar to that observed in the NSRR experiments. The hydrides rim obviously reduced burst pressure and residual hoop strain at the tests. The residual hoop strain was very small even at 620 K when thickness of the hydride rim exceeded 18% of cladding thickness. The present result accordingly indicates an important role of the hydrides layer in high burnup fuel rod failure under RIA conditions.

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パーセンタイル:8.25

分野:Nuclear Science & Technology

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