Evaluation of oxidation effect on 2D-C/C composite (CX-270G) for the application to stress analysis of control rod element of VHTR

2次元C/C複合材(CX-270G)の酸化効果の評価とVHTR制御棒要素の応力解析

角田 淳弥 ; 柴田 大受 ; 藤田 一郎; 山地 雅俊; 衛藤 基邦*; 小西 隆志; 沢 和弘

Sumita, Junya; Shibata, Taiju; Fujita, Ichiro; Yamaji, Masatoshi; Eto, Motokuni*; Konishi, Takashi; Sawa, Kazuhiro

超高温ガス炉(VHTR)は、高温のヘリウムガスを炉外に取り出すことができ、固有の安全性を有しており、第4世代原子力システムの有力な候補である。VHTRの制御棒要素には優れた耐熱性及び安定性が要求されるため、炭素繊維強化炭素複合材料(C/C複合材)は、金属材料に代わる候補材料である。しかし、C/C複合材製の制御棒は、原子炉の運転時に1次冷却材ヘリウムガス中の極微量の不純物により徐々に酸化の影響を受け、また、空気侵入事故には短時間で酸化するため、C/C複合材の材料特性に対する酸化効果を評価することが重要である。本研究では、2次元C/C複合材であるCX-270G(東洋炭素製)を対象とし、引張強度,曲げ強度,層間せん断強度及びヤング率に及ぼす酸化の影響を評価した。その結果、酸化によるCX-270Gの材料特性の変化は、酸化による重量減少率を用いて指数関数的に表せることを明らかとした。また、CX-270Gの取得したデータを用いてVHTR制御棒構造の応力解析を実施した結果、発生する熱応力の最大値は材料強度より十分小さく、強度の観点からC/C複合材製の制御棒の成立性に見通しを得た。

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