類似ウェアマークの生成試験; 「常陽」MK-I用燃料被覆管とワイヤの炉外ナトリウム中摩耗試験

Wear test in out-of-core sodium between fuel cladding tube and wire for "JOYO" MK-I

加納 茂機; 中山 紘一; 小圷 亨; 森 寿夫*; 吉利 醇*; 高荷 智*

Kano, Shigeki; Nakayama, Koichi; Koakutsu, Toru; not registered; not registered; not registered

「常陽」MK―1炉心で照射された燃料集合体の燃料被履管と隣接するワイヤ間にウェアマークが観察され,この生成メカニズムの解明,生成条件の推定,ウェアマークの燃料被履管健全性に対する影響,ウェアマークの原因の解明とその対策に関する検討の必要性が生じた。このうち,ナトリウム技術開発室では「常陽」ウェアマークの再現をはかり,これによりウェアマークに特に影響を与えると予測される荷重条件の推定を行なうとともにウェアマークの進行性を把握するための炉外ナトリウム中モデル試験を実施した。コールドトラップ温度120および150で純度管理した550のナトリウム中で接触荷重を59885gと変えて,1Hzの摺動周波数で104,105,106摺動サイクルにて,燃料被夜管とワイヤを反復摺動した結果次の事がわかった。摩耗深さW/Dは荷重依存性を示し,高荷重ほど大きくなる。またW/Dは摺動サイクルの対数に依存する。摩耗の進行性(摩耗速度)は,摺動サイクルの増加とともに小さくなり,初期摩耗から定常摩耗に変遷する。定常摩耗における摩耗の進行は著しく小さい。得られたW/D値から。「常陽」炉内における荷重は250g以下と推定される。摺動表面の形態は高荷重ほどなめらかであった。また,摺動表面ではかたさの増加が観察されたが。元素変化,結晶形態の変化および疲労クラックは観察されなかった。燃料被夜管とワイヤ間の摺動抵抗は摺動とともに漸増し,5105摺動サイクルあたりから一定する傾向を示す。この傾向はW/Dの摺動サイクルに対する関係とほぼ対応している。コールドトラップ温度120および150におけるW/Dおよび燃料被覆管とワイヤ間の摺動抵抗には著しい差はみられなく,コールドトラップ温度の影響は明白にはみられない。本試験結果をもちいて,「常陽」MK-1第6サイクルまでの摩耗の進行状況を推定したところ,第6サイクル後においても摩耗深さの進行は軽微であることがわかった。

The wear mark was observed between fuel cladding tube and adjacent wrapping wire in the fuelassembly irradiated at the "JOYO" MK-I core. It is necessitated that the formation mechanism, formation condition in the core and the effect of wear mark on the integrity of fuel cladding tube are clarified. The out-of-core sodium test was conducted at the Sodium Tachnology Section, O-arai Engineering Center, PNC, to estimate the load condition in the core and grasp the growth of wear mark. The test conditions were as follows: sodium temperature of 550C, cold trap temparatures of 120C and 150C, contact loads of 59 - 885g, sliding frequency of 1 Hz and sliding cycles of 10, 10 and 10. The test results obtained are as follows. (1)The wear depth linearly increases with increasing load and logarithm of sliding cycle, respectively. The growth of wear mark changes from initial wear to steady state wear. (2)The contact load between fuel cladding tube and wrapping wire in "JOYO" MK-I core is estimated as lower than 250g by the analysis using the test results, wear depth values, obtained at the present test. (3)The higher the contact load, the smoother the morphology of wear mark surface was. The increase of hardness was observed on the sliding surface, but the compositional and crystalline structure change and the crack caused by fatigue were not observed. (4)The sliding resistance between fuel cladding tube and wrapping wire incrementally increases with sliding and, there after, it is apt to be constant at ca. 510 sliding cycles. (5)There is not significant difference in the wear depth and the sliding reststance, respectively, between at cold trap temperatures of 120C and 150C. (6)The estimation of the growth of wear mark until the JOYO MK-I No.6 cycle by the present test results shows that the growth of wear depth is slight even after No.6 cycle.