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Oxide fuel fabrication technology development of the FaCT project, 5; Current status on 9Cr-ODS steel cladding development for high burn-up fast reactor fuel

FaCTプロジェクトにおける酸化物燃料製造技術開発,5; 高速炉高燃焼度燃料用9Cr-ODS鋼被覆管開発の現状

大塚 智史; 皆藤 威二; 矢野 康英; 山下 真一郎; 小川 竜一郎; 上羽 智之; 小山 真一; 田中 健哉

Otsuka, Satoshi; Kaito, Takeji; Yano, Yasuhide; Yamashita, Shinichiro; Ogawa, Ryuichiro; Uwaba, Tomoyuki; Koyama, Shinichi; Tanaka, Kenya

9Cr及び12Cr-ODS鋼被覆管の炉内健全性評価結果についてまとめた。9Cr及び12Cr-ODS鋼被覆管燃料ピンの照射試験を実施し、ピーク燃焼度11.9at%、ピーク照射量51dpaまでの照射を健全に完了し、ODS鋼被覆管燃料ピンとしてのチャンピオンデータを取得することができた。一方で、ピーク燃焼度10.5at%まで照射したもう一体の集合体において、12Cr-ODS鋼燃料ピンは健全に照射を完了したが、9Cr-ODS鋼燃料ピン1本の破損が生じた。破損部の組織調査を実施した結果、不定形の粗大析出物が形成した特異な組織変化が認められた。この9Cr-ODS鋼における燃料破損と特異な組織変化の原因究明を進めた結果、超音波探傷検査で検知できなかった金属Cr介在物が9Cr-ODS鋼被覆管中に存在し、これに高温照射が重畳したことが原因であることが判明した。次のステージ(2011-2013)では、製造プロセス中で単体金属元素粉末の取り扱いを行わない完全プレアロイ法による均質被覆管の製造技術開発を行うこととした。

This paper describes evaluation results of in-reactor integrity of 9Cr and 12Cr-ODS steel cladding tubes and the plan for reliability improvement in homogeneous tube production. A fuel assembly in the BOR-60 irradiation test including 9Cr and 12Cr-ODS fuel pins has achieved the highest burn-up, i.e. peak burn-up of 11.9at% and peak neutron dose of 51dpa, without any fuel pin rupture and microstructure instability. In another fuel assembly containing 9Cr and 12Cr-ODS steel fuel pins whose peak burn-up was 10.5at%, one 9Cr-ODS steel fuel pin failed near the upper end of the fuel column. A peculiar microstructure change occurred in the vicinity of the ruptured area. The primary cause of this fuel pin rupture and microstructure change was shown to be the presence of metallic Cr inclusions in the 9Cr-ODS steel tube, which had passed an ultrasonic inspection test for defects. In the next stage from 2011 to 2013, the fabrication technology of full pre-alloy 9Cr-ODS steel cladding tube will be developed.

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