Development of RANNS code; A Trial for failure prediction

RANNSコードの開発; 破損予測の試み

鈴木 元衛

Suzuki, Motoe

RANNSコードは軽水炉燃料の事故時ふるまいを解析する目的で開発された。適用した実験ケースと結果の主要な特徴によって解析の進捗を示す。次にモデル開発の現段階を図示し、その中に今回の主たるテーマである破損条件評価の試みを、ミクロな破損クライテリアを導入して破損予測を行う前の段階の、近似的方法として位置づける。その破損条件の評価では、NSRR実験のOI-11(PWR燃料)の被覆管の外周部に生じた初期クラックにおける応力拡大係数KI値を評価した。計算では、平面歪みでのKIの時間変化を、被覆管の形状,計算された温度と応力によって計算し、実験で観測された破損時刻における「見かけのKIC」を求めた。このKIC値を別のPWR破損燃料ケースでの解析と比較検討した。その結果、初期クラック長を水素化物のリム層厚みに仮定すると、解析は実際の破損をよく表現することがわかった。またBWR被覆管への適用では、水素化物サイズが大きくて初期クラック長を大きく仮定すべきことが示唆された。これらの結果に基づいて、次の展開を検討した。

The RANNS code has been developed for the analysis of LWR fuel rod behavior in accident conditions. Progress of analysis is described with test IDs of the NSRR experiments and main features of results. The present stage of model development is illustrated in a map, and a trial evaluation of failure condition is placed in the map as an approximate method prior to the failure prediction function which will be attained by introducing a microscopically designed failure criterion. In the trial evaluation, the stress intensity factor KI is estimated for an incipient crack which is generated in the outer region of cladding. This method is applied to the OI-11(high burnup PWR fuel) test in the NSRR, and temporal change of KI in plane strain condition is obtained from cladding geometry, predicted temperature and hoop stress, to determine an apparent critical KI (=KIC) value at the failure moment in the actual experiment. This KIC value is compared with the value obtained in the analysis of another PWR experiment. The result is that the analysis is consistent with the actual failure in terms of KIC value on the assumption that the incipient crack size is equal to the thickness of hydride rim region. Also, applying this method to the BWR cladding suggests that the size of hydride in BWR cladding is so large that the incipient crack size is to be set much larger than that of the PWR cladding. On these results, next step and perspectives are considered.