BC中性子吸収材の照射挙動; 「常陽」AMIR照射試験結果

Irradiation behavior of the BC neutron absorber materials; Results of the JOYO AMIR irradiation experiments

木村 好男; 皆藤 威二 ; 小野瀬 庄二 ; 佐藤 義則; 柴原 格

Kimura, Yoshio; Kaito, Takeji; Onose, Shoji; Sato, Yoshinori; Shibahara, Itaru

BC中性子吸収材は、中性子吸収能力が高いなど多くの利点を有しているが、照射に伴うHeの放出やスエリングが原因で制御棒の寿命が決定づけられており、これらBC中性子吸収材の挙動を明らかにすることが今後の制御棒の長寿命化および信頼性向上に有効である。本報告では、「常陽」AMIR照射によって得られた最近の試験結果から、BCの照射挙動に影響を与える因子について検討し、今後の課題と改善策を再確認することを目的とした、得られた結論は以下とのとおりである。1)BCペレットからのHe放出は、燃焼度10010cap/cm以上で加速されるため、従来「もんじゅ」で用いられてきた設計式の高燃焼度側への適用には限界があり、シール型吸収ピンの長寿命化を目指す場合には、高燃焼度側のHe放出データをさらに充実させる必要がある。2)He放出挙動には、濃縮度および結晶粒度依存性が認められた、これらペレット因子に着目して、He放出量評価値の合理化ができる可能性はあるが、このためには濃縮度と粒径のペレットスエリングへの影響評価が必要である。3)ペレットのスエリングに起因する被覆管との機械的相互作用(ACMI)はペレットの割れとその破片の移動・再配置(リロケーション)によって促進され、吸収ピン寿命を決定する。リロケーションの程度は、ペレットと被覆管の間のギャップが大きい場合に助長されるが、この挙動は多分に偶発的であり、定量的な予測は困難である。この改善策としては、シュラウド型吸収ピンが有効であると考えられる。4)ペレットの熱伝導度の照射による低下は、照射によって生じたマイクロクラックを含むミクロな損傷が支配因子である。この改善策としてはBCのサーメット化がある。

The BC neutron absorber material has great advantage of high neutron absorbing capability, although the He release and the swelling limit the life time of control rod. So it is important for the life time extension and reliability improvement to investigate the irradiation behavior of the BC. This report discuss the important parameters which may control the absorber pin behavior based on the irradiation test results obtained recently by the JOYO AMIR experiments, and re-evaluate the current technical issues and the way of improvements. The He release from BC pellet increase rapidly after a burnup of 10010 cap/cm and exceed the value predicted by the equation which has been applied to the MONJU design. The data is still required when we adopt the seal type absorber pin to use at high burnup. The He release found to depend on the B enrichment as well as the grain size. The He release could be reduced by the optimization of these parameters although the swelling behavior should also be considered since the swelling generally increases with decreasing the He release. The absorber cladding mechanical interaction (ACMI) is accelerated due to pellet cracking and relocation and essentially limits the life time of control rod. The relocation becomes generally extensive as the pellet-to-cladding gap is increased, but this behavior consider to be stochastic and difficult to make quantitative prediction. Improvement could be attained by using a shroud type absorber pin. Reduction of thermal conductivity during irradiation is considered to be caused by micro-defects including the micro-cracking. The degradation may be improved by introducing BC cermet.