Investigation of the cause of peculiar irradiation behavior of 9Cr-ODS steel in BOR-60 irradiation tests

BOR-60照射試験における9Cr-ODS鋼異常照射挙動の原因究明

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

BOR-60において9Cr-ODS鋼被覆管燃料ピンを含む4体の集合体の照射試験を実施した。4体の中で最高の燃焼度(ピーク: 11.9at%)及び最高照射量(ピーク: 51dpa)を達成した試験集合体は燃料破損等の問題なく、無事照射試験を完了することができた。これにより9Cr-ODS鋼被覆管としてのチャンピオンデータを取得することに成功した。一方、ピーク燃焼度10.5at%、ピーク照射量44dpaに達した試験集合体で9Cr-ODS鋼被覆管燃料ピンの破損が生じた。破損部近傍には特異な組織変化が生じていた。これら特異な照射挙動の原因究明を進めた結果、照射試験に供した9Cr-ODS鋼被覆管には超音波探傷検査で検知できなかった金属Cr介在物が存在し、これにBOR-60の高温照射が重畳したことが原因であることがわかった。

Four experimental fuel assemblies (EFAs) containing 9Cr-ODS steel cladding fuel pins were previously irradiated in the BOR-60. One of the EFAs achieved the best data, a peak burn-up of 11.9at% and a neutron dose of 51 dpa, without any microstructure instability or any fuel pin rupture. On the other hand, in another EFA (peak burn-up, 10.5at%; peak neutron dose, 44 dpa), peculiar irradiation behaviors such as microstructure instability and fuel pin rupture occurred. The combined effects of matrix Cr heterogeneity (presence of metallic Cr inclusions) and high-temperature irradiation were concluded to be the main cause of the peculiar microstructure change of 9Cr-ODS steel cladding tubes in the BOR-60 irradiation tests. They contributed to the fuel pin rupture.