Irradiation Performance of Uranium-Plutonium Mixed Nitride Fuel Pins in JOYO

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井上 賢紀 ; 岩井 孝*; 荒井 康夫*; 浅賀 健男

not registered; Iwai, Takashi*; Arai, Yasuo*; Asaka, Takeo

日本原子力研究所との共同研究で実施した高速炉用ウラン-プルトニウム混合窒化物燃料の「常陽」照射試験結果についての総合報告を行う。燃料ピン製作を原研、照射を サイクル機構、照射後試験を両者で実施した。窒化物燃料の性能評価として、高燃焼度化に向けた最重要課題である燃料スエリング挙動に着目した検討を行った。燃料ピン外径は、燃料スエリングと機械的相互作用の発生に対応した特徴的な変化を示した。また、燃料ピン横断面の一次元定常伝熱解析を行い、燃料スエリング挙動に及ぼ す温度効果の検討を行った。窒化物燃料の高燃焼度化にあたっては、制御棒開発成果を参考とした燃料スミア密度とギャップ幅の最適化と高燃焼度までのFPガスの放出・保持挙動の解明が重要であることがわかった。

Under the collaboration between JNC and JAERI, two uranium-plutonium mixed nitride fuel pins, whose smear densities were varied by fuel-to-cladding gap sizes, were irradiated in the experimental fast reactor JOYO. Linear heat rate, cladding mid-wall temperature, and burnup in peak were 75 kW/m, 906K, and 4.3 %FIMA, respectively. In order to evaluate nitride fuels for high burnup capability, the effect of fuel swelling behavior on irradiation performance was investigated. The larger smear density induced the greater cladding diameter increments. The wider gap size resulted in the more anisotropic deformations. Threshold temperature of fuel swelling was studied by thermal analysis using radial porosity and xenon retention profiles. To attain higher burnup, experimental results indicate that maximum fuel temperatures should be preferably lower than threshold temperatures of fuel swelling and that the detrimental effects of fuel pellet relocations need to be suppressed and accommodated.