炉外圧縮試験による高速炉燃料ピンバンドル変形挙動評価 -FFTF炉燃料条件-

Evaluation of bundle duct interaction by out of pile compressive test of FBR bundles; FFTF type bundle

田中 康介  ; 山本 祐二; 永峯 剛; 前田 宏治  

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高速炉燃料集合体の寿命制限因子の一つであり,燃料の高燃焼度化を達成する上での課題となっている燃料ピン束(バンドル)と集合体ラッパ管(ダクト)との間の機械的な相互作用(Bundle Duct Interaction:BDI)について,その挙動を把握することを目的として,初期のワイヤずれの程度が異なる2種類のFFTF仕様バンドルにおいてX線CT技術を用いた炉外バンドル圧縮試験を実施した。得られたCTデータを数値処理することでバンドル変形挙動を定量的に評価し,バンドル変形挙動におよぼすワイヤ巻きずれの影響をBDI緩和機構の寄与の観点から考察した。得られた主な結果は以下の通り。1)ピン-圧縮板接触時期は初期のワイヤ巻きずれの有無に強く依存し,初期のワイヤ巻きずれの大きいバンドルではピン-圧縮板接触時期が遅延することがわかった。2)ワイヤずれ無しバンドルにおけるBDI緩和機構を検討した結果,低BDI量においては弾性変形範囲内のオーバリティが支配的であり,BDI量の増加と共に徐々にワイヤディスパージョンに起因したピンディスパージョンとワイヤ空隙部への湾曲が発生することがわかった。3)ワイヤずれ有りバンドルにおけるバンドル変形挙動を検討した結果,初期はオーバリティ及びワイヤずれピンのワイヤ側に位置するピンのワイヤ空隙部への優先的な湾曲により変形し,徐々にワイヤずれピンのワイヤを介して伝達された荷重により発生するピンディスパージョンによりBDIが緩和され,その後,ワイヤディスパージョンの発生によりBDIの緩和が顕著になることがわかった。4)ワイヤずれピンの存在は,ピンと圧縮板の接触を効果的に遅らせる作用を示すが,ピンと圧縮板の接触より先にピンとピンの接触が発生する可能性が高いことが実験的に示された。

Bundle duct interaction (BDI) caused by expansion of fuel pin bundle becomes one of the main limiting factors for fuel life times. Then, it is important for the design of fast reactor fuel assembly to understand the BDI behavior in detail. In order to understand the BDI behavior, out of pile compressive tests were conducted for FFTF type bundle by use of X-ray CT equipment. In these compressive tests, two type bundles with different accuracy of initial wire position were conducted. The objective of this test is to evaluate the influence of the initial error from standard position of wire at the same axial position. The locations of the pins and the duct flats are analyzed from CT image data. Quantitative evaluation was performed at the CT image dada and discussed the bundle deformation status under BDI condition. Following results are obtained. (1)The accuracy of initial wire position is strongly depends on the pin-to-duct contact behavior. In the case of bundle with large error from standard position, pin to-duct contact is delayed. (2)The BDI mitigation of the bundle with small error from standard wire position is following: The elastic ovality is the dominant deformation in mild BDI condition, then the wire dispersion and pin dispersion are occurred in severe BDI condition. (3)The BDI mitigation of the bundle with large error from standard wire position is following: The elastic ovality and local bowing of pins with large error from standard wire position are occurred in mild BDI condition, then pin dispersion is occurred around pins with large error from standard wire position, finally wire dispersion is occurred in severe BDI condition. (4)The existence of pins with large error from standard wire position is effective to delay the pin-to-duct contact, but the existence of these pins is possible to contact of pin-to-pin.