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Modification of ring tensile test for LWR fuel cladding

軽水炉燃料被覆管リング引張試験の改良

杉山 智之; 永瀬 文久; 更田 豊志

Sugiyama, Tomoyuki; Nagase, Fumihisa; Fuketa, Toyoshi

反応度事故条件下では膨張する燃料ペレットとの機械的相互作用により高燃焼度燃料被覆管が破損し得る。被覆管の破損限界を評価するため、ジルカロイ被覆管の機械特性を適切に測定するためのリング引張試験の改良を行った。その結果、試験片の摩擦や曲げモーメントに起因する不要因子を最小限にする試験手法及び試験片形状を開発した。その手法を非照射ジルカロイ4被覆管に適用し、機械特性の水素吸収量及び温度に対する依存性を評価した。水素濃度700ppm以上においては、300から473Kまでの温度範囲において明確な延性の増大が見られた。一方、500ppm以下の場合は300から573Kの温度範囲において延性の温度依存性が比較的小さいことを明らかにした。

High burnup fuel cladding can fail due to mechanical interaction with expanding fuel pellet under reactivity initiated accident (RIA) conditions. In order to evaluate the cladding failure limit, investigations to modify ring tensile test have been performed to measure mechanical properties of Zircaloy cladding properly. JAERI developed the test method and geometry minimizing undesirable effects of friction and bending moment in the specimen. Using the modified test method, mechanical properties of unirradiated Zircaloy-4 cladding were evaluated as functions of hydrogen concentration and temperature. For hydrogen concentrations above 700 ppm, obvious increase of ductility is observed with the temperature increase from 300 to 473 K. For hydrogen concentrations below 500 ppm, on the other hand, temperature dependence of ductility is relatively small in the present temperature range from 300 to 573 K.

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