Analysis of MOX fuel behavior in Halden reactor by FEMAXI-6 code

Halden炉におけるMOX燃料照射挙動のFEMAXI-6コードによる解析

宇田川 豊  ; 鈴木 元衛; 更田 豊志

Udagawa, Yutaka; Suzuki, Motoe; Fuketa, Toyoshi

高燃焼度燃料解析コードFEMAXI-6のMOX燃料ふるまいの予測性能を検証した。本解析では、Halden炉照射試験IFA-597.4-7で照射されたMIMAS-MOX燃料の燃料棒仕様及び出力履歴をFEMAXI-6の入力として与え、ペレット中心温度と燃料棒内圧について、0-31MWd/kgUOの範囲で予測値と測定値を比較した。おもにペレットの熱伝導率モデル及びスエリングモデルについて感度解析を行い、熱的ふるまいの変化、及びガス放出ふるまいとの相互関係を調べた。測定値と予測値を比較した結果、23MWd/kgUO前後までの照射期間については、FEMAXI-6の予測値は照射試験中のペレット中心温度とよく一致し、燃料棒内圧の変化の傾向を再現した。またMOX燃料からのFPガス放出が、UO燃料と同様に熱活性拡散プロセスにより再現されることが示された。一方、23MWd/kgUO前後の出力急昇時に観測された急激な内圧上昇を再現することはできなかった。出力急昇時の内圧上昇は、急激なガス放出によるものであり、燃焼後半ではギャップ閉塞に近い状態が生じていたと考えられる。

Capabilities of the FEMAXI-6 code to analyze the behavior of high burnup MOX fuels in LWRs have been evaluated. Detailed power histories and specifications of the MIMAS-MOX fuel rods of IFA-597.4-7 irradiated in the Halden reactor were input, and calculated rod internal pressures and pellet center temperatures were compared with measured data for 0-31 MWd/kgUO. In the period up to 23 MWd/kgUO, the calculated pellet temperatures sufficiently agreed with the measured data and also the calculated rod pressures reproduced the tendency of increase in the measured rod pressures. These results suggest that fission gas release from MOX fuels can be reasonably predicted by diffusion process that is modeled in UO pellet grains. On the other hand, the steep increase in the measured rod pressure observed at 23 MWd/kgUO cannot be reproduced and can be regarded as the result of large amount of gas release, which possibly caused pellet-cladding-gap closure through pellet gas-bubble swelling.