中空燃料下部閉塞部の熱的挙動に関する検討

Study on thermal behavior of the obstructed region in a bottom column of annular fuel

永沼 正行  ; 前田 誠一郎 ; 根本 潤一*

Naganuma, Masayuki; Maeda, Seiichiro; Nemoto, Junichi*

FBRサイクル実用化研究開発(FaCTプロジェクト)で検討を進めている高速増殖炉実証炉では、製造性に優れ、高燃焼度・高線出力化が可能な中空燃料の採用を予定している。中空燃料における重要な課題の一つとして、中空部表面の燃料欠落ちによる燃料カラム下部の閉塞挙動が挙げられる。中空部の閉塞は局所的な燃料物質の増加から線出力やスミア密度の増加をもたらし、燃料ピンの熱的・機械的健全性に影響を与える可能性があり、実機への採用に向け挙動を把握する必要がある。閉塞挙動に関して、原子力機構では80年代に米国Argonne National Laboratoryとの共同研究で実施した運転信頼性試験の中で、中空燃料ピンの定常・過渡照射試験を実施し、閉塞部近傍の詳細なPIEを実施している。本報告では、この照射燃料ピンを対象に、閉塞挙動のうち熱的健全性への影響に着目することとし、閉塞部近傍の詳細な熱解析を行い、PIE結果(金相による組織変化)を適切に再現できる解析モデルを評価した。

In JSFR, annular fuel is planned to be adopted because of the superior features such as easiness in fabrication and capability for high linear power and high burnup. On the other hand, the annular fuel has some issues. One of the important issues is central void blockage by falling of fuel debris from annular surface. The blockage induces local increases of linear power and smear density due to deposition of fuel material, affecting the mechanical and thermal integrities. Thus, it is necessary to evaluate effects of the blockage on mechanical and thermal integrities for adoption of the annular fuel. For investigation of the blockage, JAEA have conducted irradiation tests of annular fuel in EBR-II as a collaborative program with ANL in the 80s, and detailed PIEs had been conducted. In this study, the effect on thermal integrity was picked up, and the thermal model that can estimate the PIE results (such as the fuel restructuring around the blockage region) appropriately was evaluated.