Fabrication of U-Pu-Zr metallic fuel elements for irradiation test at Joyo

「常陽」照射試験用U-Pu-Zr金属燃料要素の製造

中村 勤也*; 尾形 孝成*; 菊地 啓修 ; 岩井 孝; 中島 邦久  ; 加藤 徹也*; 荒井 康夫; 小山 正史*; 板垣 亘  ; 曽我 知則 ; 青山 卓史 

Nakamura, Kinya*; Ogata, Takanari*; Kikuchi, Hironobu; Iwai, Takashi; Nakajima, Kunihisa; Kato, Tetsuya*; Arai, Yasuo; Koyama, Tadafumi*; Itagaki, Wataru; Soga, Tomonori; Aoyama, Takafumi

電力中央研究所と原子力機構の共同研究の下で、国内では初めてとなる照射試験用のNaボンド型U-Pu-Zr金属燃料要素を製造した。高速実験炉「常陽」での照射試験は、被覆管最高温度が873K以上の条件における燃料挙動とステンレス鋼被覆管の内面腐食の評価を目的としている。燃料要素1本あたり200mmのU-20wt%-10wt%Zr金属燃料スラグは、U金属,U-Pu合金及びZr金属を原料に用いて、射出鋳造法により製造した。この金属燃料スラグを、ボンドNa及び熱遮へい体や要素反射体などの部材とともに被覆管に挿入したうえで、上下端栓を溶接することにより燃料要素を組立てた。引続きNaボンディングにより、ボンド材のNaを、金属燃料スラグと被覆管の空隙に充填した。製造した6本の金属燃料要素は、検査により製造仕様を満足していることを確認した後、「常陽」の照射装置組立検査施設に運搬された。

CRIEPI and JAEA have fabricated sodium-bonded metallic fuel elements for the first time in Japan as a collaborative research, for use in the irradiation test at the experimental fast test reactor Joyo. The irradiation test aims to assess the irradiation behavior of the fuel and the internal wastage of the stainless-steel cladding by rare-earth fission products at a maximum cladding temperature above 873 K. U-20 wt% Pu-10 wt% Zr alloy fuel slugs of 200 mm length were fabricated in an injection-casting furnace using U metal, U-Pu alloy and Zr metal. Two types of fuel slug were fabricated, i.e., 5.05 mm and 4.95 mm in diameter, and loaded into a ferritic-martensitic stainless-steel cladding tubes, respectively. After top-end-plug welding to the cladding tube, each fuel element was subjected to sodium bonding to fill the annular gap between the fuel slug and the cladding with melted sodium. The fabrication results indicated that the characteristics of the fuel elements were within the required specifications.