Failure of high burnup fuels under reactivity-initiated accident conditions

反応度事故条件下における高燃焼度燃料の破損

杉山 智之 ; 梅田 幹 ; 更田 豊志; 笹島 栄夫 ; 宇田川 豊  ; 永瀬 文久 

Sugiyama, Tomoyuki; Umeda, Miki; Fuketa, Toyoshi; Sasajima, Hideo; Udagawa, Yutaka; Nagase, Fumihisa

反応度事故(RIA)条件下における燃料破損限界を明らかにするため、高燃焼度燃料を対象としたパルス照射実験を実施した。燃焼度69GWd/tのBWRウラン燃料はペレット被覆管機械的相互作用(PCMI)により破損し、その際の燃料エンタルピは、より腐食の進んだ被覆管を有する燃焼度71から77GWd/tのPWRウラン燃料の場合に近かった。BWR及びPWR燃料の被覆管金相の比較から、被覆管の集合組織に依存して決まる水素化物の析出形態が破損限界に影響を与えることを明らかにした。一方、燃焼度48及び59GWd/tのPWR-MOX燃料を対象とした実験においてもPCMI破損が生じた。破損時エンタルピを被覆管酸化膜厚さに対してプロットしたところ、MOX燃料の破損限界はこれまでに実施したPWRウラン燃料実験の結果に一致した。よって、RIA条件下のPCMI破損限界は被覆管の腐食状態に依存しており、燃焼度59GWd/tまではウラン燃料とMOX燃料に同一の破損しきい値を適用することは妥当と言える。

Pulse irradiation tests of high burnup fuels were performed to assess the fuel failure limit in a postulated reactivity-initiated accident (RIA). A BWR-UO rod at a burnup of 69 GWd/t failed due to pellet-cladding mechanical interaction (PCMI). The fuel enthalpy at failure was close to those for PWR-UO rods of 71 to 77 GWd/t with more corroded cladding. Comparison of cladding metallographs between the BWR and PWR fuels showed the morphology of hydride precipitation, which depends on the cladding texture, affects the failure limit. Two tests with PWR-MOX rods of 48 and 59 GWd/t also resulted in PCMI failure. The fuel enthalpies at failure were consistent with results obtained in the previous tests with UO fuel rods, if the failure enthalpy is plotted as a function of the cladding oxide thickness. Therefore, the PCMI failure limit under RIA conditions depends on the cladding corrosion states, and the same limit is applicable to UO and MOX fuels below 59 GWd/t.