Irradiation performance of fast reactor MOX fuel pins with ferritic/martensitic cladding irradiated to high burnups

高燃焼度照射したフェライト/マルテンサイト鋼被覆管MOX燃料ピンの照射挙動

上羽 智之 ; 伊藤 昌弘*; 水野 朋保; 勝山 幸三 ; Makenas, B. J.*; Wootan, D. W.*; Carmack, J.*

Uwaba, Tomoyuki; Ito, Masahiro*; Mizuno, Tomoyasu; Katsuyama, Kozo; Makenas, B. J.*; Wootan, D. W.*; Carmack, J.*

ACO-3は米国FFTFのCDE試験で232GWd/tの高燃焼度を達成した集合体であり、高速中性子照射量は3910n/mに達した。ACO-3は、フェライト/マルテンサイトのHT-9鋼を被覆管に使用しており、本照射試験によりHT-9鋼は耐スエリング性能が極めて優れることが実証された。照射後試験の結果、燃料ピンにはMOX燃料カラム部とMOX燃料/ブランケット境界部に外径増加が生じていることが確認されたが、その大きさは高々1.5%程度であることを確認した。燃料ピン照射挙動評価の結果、MOX燃料カラム部のピン外径増加は被覆管のスエリングとガス内圧による照射クリープ変形であり、MOX燃料/ブランケット境界部に生じた局所的な外径増加はセシウムと燃料との反応によるPCMIが原因で生じたことが示された。さらに、このPCMIはブランケットと被覆管のギャップ幅を大きくとったことにより、効果的に緩和されたことも示された。

The ACO-3 irradiation test, which attained extremely high burnups of about 232 GWd/t and resisted a high neutron fluence of about 3910n/m as one of the lead tests of the Core Demonstration Experiment in the Fast Flux Test Facility, demonstrated that the fuel pin cladding made of ferritic/martensitic HT-9 alloy had superior void swelling resistance. The measured diameter profiles of the irradiated ACO-3 fuel pins showed axially extensive incremental strain in the MOX fuel column region and localized incremental strain near the interfaces between the MOX fuel and upper blanket columns. These incremental strains were as low as 1.5% despite the extremely high level of the fast neutron fluence. Evaluation of the pin diametral strain indicated that the incremental strain in the MOX fuel column region was substantially due to cladding void swelling and irradiation creep caused by internal fission gas pressure, while the localized strain near the MOX fuel/upper blanket interface was likely the result of the pellet/cladding mechanical interaction (PCMI) caused by cesium/fuel reactions. The evaluation also suggested that the PCMI was effectively mitigated by a large gap size between the cladding and blanket column.