NSRR RIA-simulating experiments on high burnup LWR fuels

高燃焼度軽水炉燃料を対象としたNSRR反応度事故模擬実験

更田 豊志; 杉山 智之 ; 笹島 栄夫 ; 永瀬 文久 

Fuketa, Toyoshi; Sugiyama, Tomoyuki; Sasajima, Hideo; Nagase, Fumihisa

NSRRでは軽水炉燃料の反応度事故(RIA)時挙動の研究を行っている。最近実施したOI-10及び-12実験では燃料破損には至らず、OI-11実験では破損時エンタルピが高いという結果を得た。これらの結果は、PWR運転中の耐食性が向上した新型被覆管の性能を反映しており、これらの被覆管を備えた燃料はジルカロイ4被覆燃料に比べてより大きな安全裕度を有すると言える。加えて、大粒径ペレットによる粒界ガス蓄積量の低減は、OI-10実験で観測されたように、RIA時のFPガス放出量を抑制し得る。VA-1実験は燃焼度78MWd/kgUのMDA被覆PWR燃料に対して実施した。高い燃焼度及び約81mという厚い酸化膜にもかかわらず、破損時エンタルピは燃焼度5060MWd/kgUで40m程度の酸化膜を持つ燃料に対する結果と同程度だった。この結果は、ペレットの固体熱膨張がPCMIの主要因であるため、ペレット周辺部の高燃焼度組織(リム組織)が破損時エンタルピの低下に及ぼす影響は小さいことを示唆している。

LWR fuel behaviors during a reactivity initiated accident (RIA) are being studied in the NSRR program. Results from recent NSRR experiments, no failures in Tests OI-10 and -12 and the higher failure enthalpy in Test OI-11, reflect the better performance of the new cladding materials in terms of corrosion during PWR operations. Accordingly, these rods with improved corrosion resistance have larger safety margin than conventional Zircaloy-4 rods. In addition, the smaller inventory of inter-granular gas in the large grain pellet could reduce the fission gas release in RIA as observed in the OI-10. Test VA-1 was conducted with an MDA sheathed 78 MWd/kgU PWR fuel rod. Despite of the higher burnup and thicker oxide layer of 81m, the enthalpy at failure remained in a same level as those for rods with of 40m-oxide at 50 - 60 MWd/kgU. This result suggests high burnup structure (rim structure) in pellet periphery does not have strong effect on the failure enthalpy reduction because the PCMI load is produced primarily by solid thermal expansion of the pellet.