Study on transient temperature measurement at fuel clad surface in NSRR experiments

NSRR実験における燃料被覆管表面温度の過渡計測に関する研究

Vincent, B.*; 杉山 智之 ; 更田 豊志

Vincent, B.*; Sugiyama, Tomoyuki; Fuketa, Toyoshi

NSRR実験では燃料棒被覆管の表面に溶接した熱電対により被覆管温度を計測している。本研究では、熱電対への熱伝導に起因する温度測定誤差の評価を行った。CASTEMコードを用いた解析の結果、被覆管温度が400Cを超える前には熱容量の効果が支配的であることが明らかになった。誤差はこの状態で最大となり、被覆管表面に酸化膜がない場合には-100C(過小評価)、酸化膜が100ミクロンの場合には+150C(過大評価)となる。被覆管温度が400Cを超え、膜沸騰に遷移した場合には熱電対によるフィン効果が支配的となり、誤差は酸化膜なしで-20C、酸化膜が100ミクロンの場合には+50Cとなった。なお、熱電対溶接による影響は半径約0.5mmの範囲に限定されていた。解析結果に基づいて求めた伝達関数により、熱電対の計測記録から正確な被覆管表面温度を得ることが可能となった。

In NSRR experiments, fuel clad temperature is measured by thermocouples welded on the clad surface. This report presents evaluation of temperature measurement error due to thermal conduction to the thermocouple. Analyses using the CASTEM code showed that a transient capacitive phase occurs while clad temperature remains below 400 C. The temperature error reaches the maximum in this phase; -100 C (underestimation) without zirconia layer at the clad outer surface and +150 C (overestimation) with 100m zirconia layer. A "fin effect" phase starts when the clad temperature exceeds 400 C and the film boiling regime is clearly established, during which the error stabilizes between -20 C without zirconia layer and +50 C with 100m zirconia layer. The influence of the thermocouple is limited within a distance of about 0.5 mm. A transfer function was determined from the calculation results to estimate the accurate clad temperature from the thermocouple records.