Calculation of the pressure vessel failure fraction of fuel particle of gas turbine high temperature reactor 300C

ガスタービン高温炉300Cの燃料粒子の内圧破損率の計算

相原 純 ; 植田 祥平   ; 茂住 泰寛; 佐藤 博之  ; 本橋 嘉信*; 沢 和弘

Aihara, Jun; Ueta, Shohei; Mozumi, Yasuhiro; Sato, Hiroyuki; Motohashi, Yoshinobu*; Sawa, Kazuhiro

高温ガス炉においては被覆粒子が燃料として使用される。高温ガス炉技術の進歩のために、現在第3層として使われているSiC被覆層は、より高温安定性と核分裂生成物のパラジウムに対する耐性に優れたZrC被覆層に置き換えられる可能性がある。ZrC層は高温では塑性変形をする可能性がある。そこで日本原子力研究開発機構では、ZrC被覆粒子の照射下破損率を予測するために既存の内圧破損率計算コードを改良して第3層の塑性変形を取り扱えるようにした。各被覆層の応力を計算するために有限要素法が適用された。このコードでGTHTR300Cの通常運転時の被覆粒子破損率を計算したところ、わずか3.510であった。

In high temperature gas-cooled reactors (HTGRs), coated particles are used as fuels. For upgrading HTGR technologies, present SiC coating layer which is used as the 3rd layer could be replaced with ZrC coating layer which have much higher temperature stability in addition to higher resistance to chemical attack by fission product palladium than the SiC coating layer. The ZrC layer could deform plastically at high temperatures. Therefore, the Japan Atomic Energy Agency modified an existing pressure vessel failure fraction calculation code to treat the plastic deformation of the 3rd layer in order to predict failure fraction of ZrC coated particle under irradiation. Finite element method is employed to calculate the stress in each coating layer. The pressure vessel failure fraction of the coated fuel particles under normal operating condition of GTHTR300C is calculated by the modified code. The failure fraction is evaluated as low as 3.510.