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燃料性能実証試験用集合体の設計

Design of fuel assembly for an efficiency test of FBR fuel

小山 和也*; 森井 正*; 清野 俊*; 館野 徹*; 黒木 修二*; 坂田 薫*; 金城 秀人*

not registered; Morii, Tadashi*; not registered; not registered; not registered; not registered; Kinjo, Hidehito*

高速実験炉「常陽」による高速炉用燃料の高線出力試験、高燃焼度試験を実施するに当たり、実験の許認可を得るための検討を実施した。本研究では、高線出力試験、高燃焼度試験の各集合体の設計を実施し、試験時に予想される事象、すなわち試料の溶融(高線出力試験)、試験用要素の被覆管の開孔(高燃焼度試験)に対する安全評価を行った。さらに、許認可を得るために、事故時の試験用集合体の安全評価を実施した。高線出力試験においては、試験用要素の熱膨張を考慮して集合体設計を行い、仮想的に試験用要素が破損した場合を想定し、放出試料による流路閉塞の防止、放出試料の集合体内保持のための構造検討を実施した。通常試験時の試料溶融に対して、スランピング反応度及びペレット-被覆管機械的相互作用の検討を行い問題の無いこと(すなわち、被覆管歪み量が最大で約2.6%で、材料の破断歪の実験値下限7%以下を下回っている)を確認した。高線出力試験は、その試験期間が短いことを考慮して発生頻度の大きい「異常な過渡変化」を重ね合わせて、事故解析を実施し、試験用要素の健全性を確認した。さらに、万が一の試験用要素の破損を仮想的に想定して、事故事象シーケンスを解析評価し、この場合でも、環境への放出放射能量は十分小さいことを確認した。高燃焼度試験においては、通常試験時の試験用要素開孔に伴う、冷却材流路へのFPガスの急激な放出を避ける構造工夫、及び冷却材流路へ放出されたFPガスにより隣接予備試験用要素が、破損しないような構造工夫について、その構造案を提示した。同時に、試験用要素開孔の解析評価を行い、FPガスによる予備試験要素のブランケッティングが生じても、隣接予備試験用要素の健全性は損なわれない事を確認した。さらに、この場合、環境への放出放射能量は平常時のそれに比べて十分小さいこと、又、Cs**137による従事者への被爆線量率は、試験用要素1本のCs全量を考慮して、配管表面で約1,6mrem/hrで、定検時の作業量を考慮しても影響は極わずかであることを確認した。高燃焼度試験は、試験期間が比較的長いため、「異常な過渡変化」及び「事故」を重ね合わせるが、今年度は代表的なケースについて事故解析を実施し、FPガスによる予備試験用要素のブランケッティングが生じても、隣接予備試験用

In the experimental fast reactor JOYO, two new tests programs are scheduled in near future in order to verify high-power and high-burnup capability of LMFBR fuel pins : PTM(Power-to-Melt) test and RTCB(Run-to-Cladding Breach) test. A study is performed for the license of the tests. In this study, the fuel assemblies for the PTM and RTCB tests is designed, Safety assessment for the possible events occurred in the course of the tests, namely melt of sample fuel (PTM test) and cladding breach (RTCB test) is performed. Lastly, safety assessment for the accidents occurred in the course of the tests is also performed to obtain a license. As for the PTM test, the fuel assembly is designed considering thermal expansion of fuel pins and designed in order to prevent local blockage caused by released sample fuel and hold the released fuel within the assembly in preparations for the worst case of pin failure. The effect of reactivity insert by fuel slumping and pellet-cladding mechanical interaction caused by fuel melt within the test pin occurred during the PTM test is studied to show an integrity of the test pins. Analytical results show an integrity of test pins under the conditions with superposition of anticipated transient whose possibility of occurrence is relatively high. Lastly, even if the test pin is breached to release sample fuel, the calculated radiation dose to population is shown to be sufficiently lower than the limited values. As for the RTCB test, the devices are proposed to lower the released rate of FP gas and prevent an adjacent pin failure caused by the released gas in the cource of the test. Analytical results for the event of gas impingement on the adjacent spare pins show no additional breach of those pins. Calculated results with superposition of the representative anticipated transients and accidents also show an integrity of the adjacent spare pins. The released radio-activities calculated for the above events are sufficient smaller ...

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