「常陽」MK-II制御棒の照射後試験 -吸収ピンの照射挙動評価-

Postirradiation examination of JOYO MK-II control rods; Irradiation performance of absorber pins

丸山 忠司; 宇都 学; 田中 康介  ; 小野瀬 庄二 ; 浅賀 健男

Maruyama, Tadashi; not registered; not registered; Onose, Shoji; not registered

「常陽」MK-II 制御棒の照射後試験は1983年に開始され、初装荷制御棒から5次取り替え制御棒まで、合計16体、ピンにして約110本の照射後試験が行なわれた。このうち5体の制御棒で、合計15本の制御棒吸収ピンにクラックの発生していることが確認された。本報告は、これら吸収ピンのクラック発生原因を究明するために行われた、非破壊試験、破壊試験、および制御棒挙動解析コードCORALをもちいた解析の結果について述べたものである。 吸収ピンのクラック発生は燃焼度約39x1026cap/m3までは見られず、一方、クラック発生が見られたピンはいずれも燃焼度が43x1026cap/m3以上でかつB4Cペレットと被覆管の初期ギャップが0.44mm以上のものであった。吸収ピンのクラック発生位置は最下端のB4Cペレット付近に集中しており、吸収ピン断面金相観察の結果では、B4Cペレットは細かく割れ、被覆管とのギャップは一部閉塞していた。被覆管の変形は異方的で、オーバリテイが認められ、クラックは被覆管の短径側で多く発生する傾向が見られた。被覆管の破断面は典型的な粒界破壊をしていることが特徴である。被覆管のHe分析では、被覆管内表面にHeの蓄積が認められていたが、被覆管全体のHe濃度は特に高い結果にはなっていない。TEM観察でもHeバブルは明瞭に観察されなかった。 クラック発生原因としては、B4Cペレットのリロケーションにより照射初期に被覆管とのギャップが閉じてしまい、ACMIが発生したことによるものと考えられる。CORALコードによる挙動解析の結果では、ACMIによる発生する被覆管のひずみは、照射クリープで吸収することができず、燃焼が進むとともに塑性ひずみが増大し、被覆管にクラックが発生したものと考える。

Postirradiation examinations of JOYO MK-II control rods have been carried out since 1983, where 16 subassemblies with total 110 absorber pins of initial load to the fifth reload control rods have been subjected to a number of both non-destructive and destructive examinations. In the course of postirradiation examinations, a cracking of cladding tube was found in the total 15 absorber pins in five control assemblies. This paper indicates the results of postirradiation examinations and analysis of absorber pin performance using CORAL code to elucidate the cause of absorber pin cracking in JOYO MK-II control rods. No crack was found in absorber pins whose maximum burnup was lower than 39 10 cap/m, whereas all the cracked pins had burnup of higher than 43 10 cap/m with the initial gap between BC pellet and cladding larger than 0.44 mm. The cracks were found at around positions corresponding to the lowest BC pellet in the stack. The ceramography analysis indicated that BC pellet exhibited extensive cracking and a part of gap between pellet and cladding closed. The cladding deformation had an ovality and the cracks tended to occur at the shorter diameter side. The cracked surface of absorber pin was of a typical grain boundary fracture. The result of He analysis for the cladding material indicated a substantial amount of He accumulation at the inner surface of cladding, but the bulk He content was not anomalously high compared with those in the neutron irradiated stainless steels. TEM observation indicated He bubbles was not clearly found in the as-irradiated cladding material. The cause of cladding failure was attributed to the ACMI where the gap closure due to relocation of BC pellet took place from early times of irradiation. The code analysis by CORAL indicated that the cladding strain due to ACMI was not fully absorbed by the irradiation creep and that the plastic strain became large enough to ...