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「もんじゅ」型燃料集合体(MFA-1,2)被覆管の急速加熱破裂挙動評価

Evaluation for the transient Burst property of austenitic steel fuel Claddings irradiated as the MONJU type Fuel Assemblies (MFA-1&MFA-2)in FFTF

吉武 庸光; 大森 雄; 坂本 直樹; 遠藤 敏明*; 赤坂 尚昭; 前田 宏治

not registered; not registered; Sakamoto, Naoki; not registered; not registered; not registered

米国Fast Flux Test Facilities(FFTF)で照射された「もんじゅ」型燃料集合体MFA-1及びMFA-2に装荷されたPNC316及び15Cr-20Ni鋼被覆管の燃料ピンはこれまでで最高の高速中性子照射量を達成している。これらオーステナイト系ステンレス鋼を高速炉炉心材料とした場合、高速中性子照射に起因するスエリングによる形状変化(体積膨張)が使用上重要な評価項目であるが、機械的性質に及ぼす照射効果、特に重照射条件でのスエリングした材料の機械的性質の評価も重要なことである。そこで、重照射されたPNC316、15Cr-20Ni鋼被覆管のLOF時の過渡変化時における燃料健全性評価に資することを目的として、これらMFA-1、MFA-2の燃料被覆管について急速加熱バースト試験を行うとともに、その後の金相試験、TEM観察に基づき急速加熱破裂挙動を評価した。本試験・評価で得られた主な結果は以下の通りである。1)PNC316では、照射量2.13$$times$$10の27乗n/mの2乗(E$$>$$0.1MeV)までの範囲において、周応力100Mpa程度までの低応力条件では破裂温度はこれまでの照射材データと同様であり照射量の増大に伴う破裂温度の低下は見られなかった。2)15Cr-20Ni鋼では、照射量2.27$$times$$10の27乗n/mの2乗(E$$>$$0.1MeV)までの範囲において、周応力約200MPaまでの条件において、破裂温度は非照射材と同等であり、照射による破裂温度の低下は見られなかった。3)PNC316について、「もんじゅ」燃料使用末期条件である周応力69MPa(7kgf/mmの2乗)にて試験した結果、破裂温度は1055.6$$^{circ}C$$であった。ここで試験加熱速度は5$$^{circ}C$$/sであり、「もんじゅ」設計におけるLOF時の1次ピークで想定される被覆管温度上昇率よりも厳しい条件であることから、本照射量条件において「もんじゅ」燃料の許容設計限界の被覆管最高温度(肉厚中心)830$$^{circ}C$$の保守性を示した。4)今回試験したスエリング量数%の条件では、急速加熱バースト後の組織は照射後試験加熱前の組織と比較して顕著な違いは認められず、破裂機構に関してスエリング量、破裂温度及び組織(ボイドの結晶粒界への偏析、粗大化)間の相関は見られなかった。

The effects of high fluence irradiation and swelling on the transient burst properties of austenitic steel fuel claddings; PNC316 and 15Cr-20Ni stcel, which were irradiated as the MONJU type fuel assemblies (MFA-1&MFA-2) in the FFTF reactor, were investigated. The temperature-transient-to-burst tests were conducted on a total of eight irradiation conditions. Fractographic examination and TEM observation were performed in order to evaluate the effect of high dose irradiation on the transient burst property and the relation between failure mechanism and microstructural change during rapid (ramp) heating. The results of the PIE showed that there was no significant effect of irradiation on the transient burst properties of these fuel claddings under the irradiation conditions examined. the results obtained in this study are as follows; (1)The rupture temperature of the irradiated PNC316 fuel cladding of MFA-1 was as same as that of our previous works for the fluence range up to 2.13$$times$$10$$^{27}$$ n/m$$^{2}$$. There was no noticeable decrease in rupture temperature with increasing fluence in lower hoop stress region($$sim$$100MPa). (2)The rupture temperature of the irradiated 15Cr-20Ni fuel cladding of MFA-2 was almost as same as that of as-received cladding for the hoop stress range up to about 200MPa. The rupture temperature did not decrease significantly with fluence. (3)The rupture temperature of the irradiated PNC316 cladding tested at hoop stress 69MPa, which was the design hoop stress for MONJU fuel, was 1055.6$$^{circ}$$C. This suggested that the design cladding maximum temperature limit for MONJU (830$$^{circ}$$C) was conservative. (4)There was no obvious relation between rupture temperature, swelling and microstructural change during transient heating under the irradiation conditions examined.

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