Influence of the air/steam mixing ratio in atmosphere on zirconium cladding oxidation in spent fuel pool accident condition

使用済み燃料プール事故条件でのジルコニウム被覆管酸化への環境中の空気と水蒸気の混合比の影響

根本 義之  ; 加治 芳行  ; 小川 千尋*; 中島 一雄*; 東條 匡志*

Nemoto, Yoshiyuki; Kaji, Yoshiyuki; Ogawa, Chihiro*; Nakashima, Kazuo*; Tojo, Masayuki*

使用済み燃料プールの冷却水損失事故に対応するためには、事故時に想定される空気中または空気と水蒸気の混合した雰囲気中でのジルコニウム被覆管の高温酸化挙動の把握が重要である。本研究では空気と水蒸気の混合した雰囲気中でのジルカロイ2及び4の酸化試験を行い、混合比の影響について600Cから1100Cの温度域での評価を行った。その結果、ジルカロイ2は900Cから1000C、ジルカロイ4は800Cから1000Cの範囲で、空気と水蒸気の混合雰囲気中での酸化速度が乾燥空気中や水蒸気中よりも速くなった。この傾向は酸化層に割れが入った、酸化過程の後半において、より顕著に見られた。この結果は、使用済み燃料プール事故解析を目的とした酸化モデルの構築においては、空気と水蒸気の混合雰囲気中での酸化挙動の考慮が重要であることを示していると考えられる。

To cope with the hypothetical severe accident in spent fuel pools (SFPs), it is important to understand the high temperature oxidation behavior of the Zirconium claddings exposed in the air or in the atmosphere of air/steam mixture. In this study, oxidation tests on Zircaloy-2 (Zry2) and Zircaloy-4 (Zry4) short samples were conducted in the atmosphere of air - steam mixture, and mixing ratio was varied to evaluate its influence on the oxidation kinetics in the temperature range from 600 to 1100C. From 900 to 1000C for Zry2, and from 800 to 1000C for Zry4, oxidation rates appeared higher in air - steam mixture than in dry air or in steam without air. This tendency was appeared more evident in post-breakaway transition phase after fracture of dense oxide layer on the surface of specimens. These results suggest importance of the oxidation model development in consideration of the air - steam mixture environment for the SFP accident analysis.