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Evaluation of material properties of IG-430 graphite for next generation high temperature gas-cooled reactor

次世代高温ガス炉用IG-430黒鉛の特性評価

國本 英治*; 角田 淳弥; 大崎 貴士*; 大崎 弘貴*; 山地 雅俊*; 小西 隆志*

Kunimoto, Eiji*; Sumita, Junya; Osaki, Takashi*; Osaki, Hiroki*; Yamaji, Masatoshi*; Konishi, Takashi*

黒鉛材料は黒鉛減速ヘリウムガス冷却炉である高温ガス炉(HTGR)の内部構造材として使用されている。高温ガス炉は、高温のヘリウムガスを取り出すことができ、また固有の安全特性を有することが大きな特徴である。そして、超高温ガス炉(VHTR)はGeneration-IV核原子炉システムとして最も有力な候補の一つである。IG-110黒鉛は、高強度で耐酸化特性に優れていることから、原子力機構のHTTR、中国のHTR-10で使用されている。さらに、IG-110黒鉛は高い品質安定性と長期にわたる安定的な供給が可能なことからもVHTRの内部構造材の主要な候補とされている。黒鉛構造部材の安全性を高めるためには、より高強度で耐酸化特性に優れた黒鉛が要求される。IG-430はIG-110よりも高強度で耐酸化特性に優れているため、次期候補材料と考えている。しかし、新材料であるIG-430は、原子炉設計に用いられる十分なデータベースが整っていない。そこで、設計に必要な機械的強度特性、熱特性、照射特性についてデータベースの整備を行っている。本研究では、IG-430の引張強度、圧縮強度及び疲労強度について統計的に評価を行い、高温ガス炉用黒鉛としての適性を検討した。さらに、IG-430の引張強度に対して、基準強度(Su値)を設定し、IG-430とIG-110のSu値と比較・検討することで、IG-430の優れた物理特性を明らかにした。

Graphite materials are used for the in-core components of High Temperature Gas-cooled Reactor (HTGR) which is a graphite-moderated and helium gas-cooled reactor. The major features of the HTGR are that the HTGR can take out the high-temperature helium gas at the reactor outlet and has inherent safety characteristics. The Very High Temperature Reactor (VHTR) is one of the most promising candidates as the Generation-IV nuclear reactor systems. IG-110 graphite having high strength and resistance to oxidation is used in the HTTR of JAEA and HTR-10 in China. Moreover, IG-110 graphite provides highly consistent quality and long-term stable supply. IG-110 graphite is a major candidate for the in-core graphite components of VHTR. IG-430 graphite having the higher strength and resistance to oxidation than IG-110 is an advanced candidate for the VHTR. However, a new material of IG-430 does not have enough databases for the design of HTGR. Therefore, preparation of the necessary database for the design, mechanical and thermal properties, irradiation effect on them, is underway. In this study, the tensile strength, compressive strength and fatigue strength of IG-430 were statistically evaluated and the applicability of IG-430 as HTGR graphite materials was discussed. Moreover, the Su value of tensile and compressive strength of IG-430 was evaluated and compared to that of IG-110. It was found that IG-430 has excellent properties.

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