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被覆管スエリング肉厚方向勾配による応力誘起の解析

Analysis of the secondary stress in the fuel pin cladding due to the swelling gradient through the direction of its thickness

上羽 智之; 鵜飼 重治; 浅賀 健男

Uwaba, Tomoyuki; not registered; not registered

高速炉の被覆管は照射によってスエリングするが、被覆管温度の肉厚方向勾配によってスエリングに肉厚方向差が生じ、被覆管に二次応力が発生すると考えられる。燃料高燃焼度化に伴い被覆管のスエリングが顕著になると、このような二次応力が燃料ピンの健全性に影響を及ぼす可能性がある。本研究では、スエリング肉厚方向勾配を取り入れた被覆管の照射変形解析を有限要素法解析コードFINASを用いて実施し、この二次応力を評価した。その結果、以下のことが分かった。(1)スエリング肉厚方向差による二次応力は、主としてスエリングの潜伏期間の肉厚方向勾配によって発生する。この二次応力はスエリングで促進される照射クリープによって照射末期には十分緩和される。(2)試行的に二次応力を含めた照射中の被覆管応力計算値の最大値をPNC316の設計引張強さと比較した結果、前者は後者を十分に下回った。(3)応力依存性を考慮したスエリング式を用いて、被覆管の応力がスエリングを促進する場合の二次応力を解析した。その結果、応力によってスエリングは促進するが、同時に照射クリープによる緩和が有効に働き、スエリングに応力依存性が無い場合と到達応力レベルには差がない。

In the fast reactor the swelling of the fuel cladding occur due to the irradiation. Under the irradiation, the temperature gradient of the cladding through the direction of its thickness causes the swelling gradient and this will cause the secondary stress. In this study, we analyzed this secondary stress using the finite element model of the irradiation induced deformation of the cladding by FINAS code. The result of this analysis is summarized as follows. (1)The secondary stress is mainly caused by the gradient of the incubation period of the swelling, The secondary stress becomes very small at the end of irradiation due to the relieving of the stress by the irradiation creep deformation accelerated by the swelling. (2)The calculated maximum stress including the secondary stress under the irradiation is compared with the design value of the ultimate tensile strength for PNC316 for trial. The calculated value are lower than the design value. (3)The effect of the swelling accelerated by the stress is analyzed using the correlation between the swelling and the stress. The result shows that the increasing of the secondary stress due to the acceleration of the swelling is very small because the irradiation creep deformation relieves the stress more effectively by the acceleration of the irradiation creep rate due to the swelling.

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