Deposition of boron on fuel rod surface under sub-cooled boiling conditions; An Approach toward understanding AOA occurrence

サブクール沸騰条件下での燃料表面へのボロンの付着; AOA発生の理解のための一思考

内田 俊介; 朝倉 大和*; 鈴木 洋明*

Uchida, Shunsuke; Asakura, Yamato*; Suzuki, Hiroaki*

PWR一次冷却水中では、サブクール沸騰下でボロンとリチウムが燃料表面に付着し、燃料表面上でニケッル・鉄酸化物との化学反応で化学形態が変化する。こうして燃料表面に蓄積したボロンが軸方向出力異常(AOA)発生の要因となる。燃料表面のボロン蓄積量を二つの方向から評価した。ひとつは、改良型薄膜蒸発乾固モデル(MEDモデル)による蓄積量の計算で、もうひとつは、反応度の視点(中性子経済計算)からの蓄積量の予測である。本評価により、(1)計算された燃料表面へのボロンの蓄積量は、測定されるニッケル・鉄酸化物との複合体に比べ1-2桁多く、その溶解速度から燃料付着物の分析では定量化が難しいこと、(2)冷却水中のボロン濃度が高いため、原子炉停止持のハイドアウトリターンは観測が難しいこと、(3)炉運転中のボロン蓄積量を評価するための有力な手段はMEDモデルによる計算であること、最後に、(4)ニッケル酸化物がボロン溶解を遅らせ、燃料表面でのボロンの平均滞在時間を伸張させるため、冷却水中のニッケル濃度の抑制がAOA発生抑制に効果的であること、を示した。

In PWR, it has been assumed that Li and B ions deposited on fuel under sub-cooled boiling conditions. Accumulated B on the fuel led to AOA. The amount of B deposited on the fuel was evaluated from two directions. The first calculated the amount with the extended MED model and the other estimated it from the viewpoint of reactor reactivity. It was concluded that: (1) the calculated B deposition amount on the fuel, which was one or two orders larger than measured amounts and Ni oxides compounds, was seldom measured in the fuel deposits due to its high release rate; (2) its hideout return during the reactor shutdown period was seldom observed due to its high concentration in the primary coolant; (3) one of the most promising approaches to evaluate its accumulation on the fuel during plant operation was the MED model calculation; and (4) control of Ni concentration in the primary coolant resulted in decreased Ni oxide deposition and then mitigation of AOA occurrence.