システム化規格の開発-第3報 裕度交換手法の開発(その1)-

Development of FBR system based code; Report No.3: Development of methodogies for margin exchange (1)

浅山 泰 ; 加藤 猛彦*

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高速増殖炉(FBR)の実用化のためには、 その信頼性・安全性をさらに向上させながら、経済性を、将来の軽水炉をも凌駕するレベルまで高める必要がある。このために著者らは、平成12年度から、システム化規格の開発を実施している。本報では、システム化規格の根幹をなす概念である裕度交換について、破損確率の評価値をベースとする方法を提案した上で、例題を用いた具体的・定量的な検討を行った。 FBRの原子炉容器が、鍛造リングで製作され供用期間中検査(ISI)を受けない場合と、板材の縦溶接により製作される代わりにISIを受ける場合の 2例を想定し、それぞれについて、熱疲労き裂ま発生、進展を考慮して、破損確率を算出した。その上で、算出された破損確率に基づき、裕度交換の可能性を検討した。この結果に基づき、システム化規格の中で裕度交換を行う方法として、破損確率の算出という手続きを必要としないより簡易な方法である、設計係数を用いる方法(設計係数法)を提案した。この方法は、例えば疲労の場合、現状ではひずみ範囲に対して2、 繰り返し数に対して20の安全率が設けられているが、目標信頼度および技術的選択肢の組み合わせに対応する形で、一律ではない複数の設計係数を新たに設定するものである。本報では、例題検討に基づき、疲労に対してシステム化規格で設定すべき設計係数の値を具体的に試算した。以上により、破損確率の評価に基づく裕度交換および設計係数法がシステム化規格に適用できる見通しを示した。最後に、これらに関する今後の開発課題を示した。

For the commercialization of fast breeder reactors, economy must be drastically improved so that they ccan be competitive to future generation light water reactors. Reliability and safety must also be increased. For this purpose, the authors have been developing the FBR System Based Code since fiscal year 2000. One of the core concepts of the System Based Code is margin exchange and methodologies that realize it were strongly needed. This report proposes a methodology for margin exchange that is based on failure probability calculation. The effectiveness of the methodology is demonstrated by a worked example, which quantitatively shows a possibility of margin exchange between two designs of FBR reactor vessels, one made of forged rings with no ISI, and the other a welded vessel with ISI implemented. Failure probabilities for both designs were calculated considering thermal fatigue crack initiation and propagation. By setting an appropriate design life, calculated cumulatcd failure probabilities for both designs became equivalent, which means margin exchange hold for those designs. Based on this methodology, a simpler method for margin exchange, systematize design factors, was proposed for the implementation in the System Based Code. This methodology does not need the detailed calculation of filure probabilities. Current safety factors for fatigue assessment for example, which is 2 for strain range and 20 for numbers of cycles to failure, are replaced by systematized design factors, which consists of multiple values of factors corresponding to target reliabilities and arrays of technical options that are provided in the partial code of the System Based Code. This report showed some example values determined based on the above worked example. Those results showed that the two methodologies proposed in this report are promising to be implemented hl the System Based Code. Finally, items to be developed regarding two methodologies were clarified.