Main R&D issues for fast reactor structural design standard

高速炉構造設計基準のための研究開発課題

笠原 直人; 中村 協正; 森下 正樹 ; 柴本 宏; 井上 和彦*

Kasahara, Naoto; Nakamura, Kyotada; Morishita, Masaki; Shibamoto, Hiroshi; Inoue, Kazuhiko*

高速炉の実用化には、信頼性と経済性に優れたプラントシステムの開発が不可欠である。そのため、日本原子力研究開発機構と日本原子力発電は、共同でこのような要件を満たすプラント像の創出に向け、「FBRサイクル実用化戦略調査研究」を実施している。そのなかで、高温,低圧,薄肉構造等高速炉の特性を考慮した合理的な構造設計技術の確証及びそれらを踏まえた構造設計基準体系の確立が、経済性を向上させるうえでの枢要課題の一つとして摘出されている。これを受けて、実用化高速炉のプラント機器の特徴を活かし、合理的な設計を可能とする「実用化高速炉構造設計基準(略称FDS=Fast Reactor Structural Design Standard)策定のための研究開発を実施している。主要開発課題は、機器の使用条件に応じて合理的健全性評価を行うための「破損クライテリアの高度化」,高温機器の非弾性変形を精度良く評価するための「非弾性設計解析に関するガイドライン」、及び高温低圧条件での支配荷重を設定するための「熱荷重設定に関するガイドライン」の整備である。以上の開発に関する主要研究テーマを紹介する。

For realization of economical and reliable Fast Reactor (FR) plants, the Japan Nuclear Cycle Development Institute (JNC) and the Japan Atomic Power Company (JAPC) are cooperating on the "Feasibility Study on Commercialized FR Cycle Systems". To certify the design concepts through evaluation of the structural integrity of FR plants, the research and development of the "Elevated Temperature Structural Design Guide for Commercialized Fast Reactor (FDS)" is recognized as an essential theme. The FDS focuses on particular failure modes of FRs such as ratchet deformation and creep fatigue damage due to cyclic thermal loads. For precise evaluation of these modes, the research and development for three main issues is in progress. First, the "Refinement of Failure Criteria" need to be addressed for particular failure modes of FRs. Secondly, the development of "Guidelines for Inelastic Design Analysis" is conducted to predict elastic plastic and creep deformation under elevated temperature conditions. Lastly, efforts are being made toward preparing "Guidelines for Thermal Load Modeling" for the design of FR components where thermal loads are dominant. These studies were performed under the sponsorship of the Ministry of Economy, Trade and Industry.