Diametral strain of fast reactor MOX fuel pins with austenitic stainless steel cladding irradiated to high burnup
高燃焼度を達成したオーステナイト鋼被覆管によるMOX燃料ピンの外径歪み
上羽 智之 ; 伊藤 昌弘*; 前田 宏治
Uwaba, Tomoyuki; Ito, Masahiro*; Maeda, Koji
高速実験炉「常陽」で実施されたC3M照射試験の燃料集合体は、ペレットピークで約130GWd/tの高燃焼度を達成した。この照射試験で燃料ピンに破損は生じなかったが、高い中性子照射量により、被覆管のボイドスエリングと照射クリープによる外径増加が生じたことが確認された。外径増加を評価した結果、被覆管照射クリープには、ガス内圧に加え、燃料-被覆管機械的相互作用(PCMI)が寄与していることが示された。燃料ピンのスキャン試験と金相試験の結果から、このPCMIは、ペレットのリム組織とセシウムウラネートの形成を原因として燃料ペレットのスエリングが促進された結果、生じたと考えられる。燃料カラム上端部近傍で生じたセシウムウラネートに起因するPCMIによって、被覆管の累積寿命損傷和(CDF)が有意に増加したが、寿命末期のCDFの値から、クリープ損傷による被覆管破損に対しては余裕が確保されていたことが確認された。
The C3M irradiation test, which was conducted in the experimental fast reactor in Joyo, demonstrated that mixed oxide (MOX) fuel pins with austenitic steel cladding could attain a peak pellet burnup of 130 GWd/t safely. The irradiated fuel pins exhibited diametral strain due to cladding void swelling and irradiation creep. Contributions to the cladding irradiation creep strain were made by the pellet-cladding mechanical interaction (PCMI) as well as the internal gas pressure. From the fuel pin ceramographs and Cs scanning, it was found that the PCMI was associated with the pellet swelling which was enhanced by the rim structure formation or by cesium uranate formation. The PCMI due to cesium urinate, which occurred near the top of the MOX fuel column, significantly increased the cumulative damage fraction (CDF) of the cladding though the CDF indicated that the cladding still had some margin to failure due to the creep damage.