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中空燃料設計コード「CEPTAR-D」の開発; PCMI評価への適用性検討

Development of annular fuel design code CEPTAR-D; Study on applicability for PCMI stress evaluation

亀井 美帆; 小澤 隆之

Kamei, Miho; Ozawa, Takayuki

高速炉燃料の高線出力や高燃焼度化を図るためには中空燃料の採用が有望であり、高燃焼度化に対してPCMI発生時における中空部変形によるPCMI応力の緩和効果が期待されている。このような照射挙動を踏まえた中空燃料設計に適用するため、従来から中空燃料設計コード「CEPTAR」の開発・整備を進めてきている。CEPTARコードでは燃料ペレット及び被覆管の応力・歪を一般化平面歪近似に基づき解くとともに、燃料組織変化モデルにボイド移動モデルを用いている。一方で、燃料設計に適用している高速炉用燃料設計コードでは許認可設計に対応するため、燃料組織変化モデルに三領域モデルを採用している。本研究では高速炉燃料の高燃焼度化に係る許認可設計でのPCMI評価に対応するため、CEPTARコードに三領域モデルを適用したCEPTAR-Dコードを開発し、常陽・海外炉における短期照射データ及び長期照射データを用いて熱的解析機能と機械的解析機能の検証を行った。その結果、従来の検証結果とほぼ同程度の精度を有し、燃料組織変化モデルに三領域モデルを適用した場合においても燃料ペレット及び被覆管の応力・歪を一般化平面歪近似で解くことによって、PCMI応力を適正に評価できることがわかった。

Annular fuel pellet would be available to improve fast reactor fuel performance, and we have developed the "CEPTAR" to apply the annular fuel design taking into account the irradiation behaviors. CEPTAR computes the stress and strain in fuel pellet and cladding by using the generalized plane strain analysis method and the void migration model is applied to compute the fuel restructuring. On the other hand, taking into account the licensability, the fuel restructuring three-region model is applied to the fast reactor fuel design code. In this study, we developed "CEPTAR-D", in which fuel restructuring model of CEPTAR was exchanged into the "fuel restructuring three-region" model, to apply to the fuel design, and verified thermal and mechanical computations by using the results of short-term and long-term irradiation tests. Consequently, the computation accuracy of CEPTAR-D was as well as that of CEPTAR, and it was confirmed that CEPTAR-D could reasonably evaluate the stress due to PCMI.

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