日本製高品質高温ガス炉燃料の破損率計算法の提案

Suggested failure probability calculation method for Japanese high-quality high-temperature gas-cooled reactor (HTGR) fuel

相原 純 ; 植田 祥平   ; 柴田 大受 ; 沢 和弘

Aihara, Jun; Ueta, Shohei; Shibata, Taiju; Sawa, Kazuhiro

高温ガス炉(HTGR)においては被覆燃料粒子が用いられる。HTGRの高性能化のために、現在のSiC層が塑性変形するZrC層に置き換えられる可能性がある。したがって、塑性変形を取り扱うこと、及び、塑性変形を起こさないと考えられるSiC被覆燃料粒子についても、既存のモデルよりも現実の現象をよりよく近似することを目的として、既存の被覆燃料粒子内圧破損率計算モデルを改良した。具体的には、被覆層の応力計算部に有限要素法を適用した。さらに、SiC被覆燃料粒子の内圧破損率の計算も行った。その結果、破損率は熱分解炭素層の照射スウェリング速度に強く依存すること、高燃焼度における破損率を低減するためにはSiC層を厚くすることが非常に有効であることがわかった。

For upgrading HTGR technologies, present SiC coating layer which is used as the 3rd layer could be replaced with ZrC coating layer which could deform plastically at high temperatures. Therefore, JAEA modified an existing pressure vessel failure fraction calculation model to treat the plastic deformation of the 3rd layer in order to predict failure fraction of ZrC coated fuel particles, in addition for the better approximation of the behavior of the SiC-TRISO coated fuel particles under irradiation. FEM is employed to calculate the stress in each coating layer. In addition, the calculation results for present SiC fuel particles are reported. It was clarified that the final failure fraction strongly depended on the irradiation swelling rate of PyC and that thickening of the SiC layer is very effective for the decrease in failure fraction at high burnups.