Influence of internal pressure on oxidation behavior of zrycaloy-2 cladding tube

ジルカロイ2被覆管の水蒸気酸化に及ぼす内圧の影響

井岡 郁夫  ; 寺門 宙*; 江幡 功栄*; 小河 浩晃  ; 逢坂 正彦  

Ioka, Ikuo; Terakado, Hiroshi*; Ebata, Koei*; Ogawa, Hiroaki; Osaka, Masahiko

使用済み燃料プール(SFP)の冷却機能が喪失した場合、使用済み燃料ピンは崩壊熱により加熱され、冷却水の蒸発に伴い水蒸気・空気混合環境下に曝される。使用済み燃料ピンには、初期封入Heガスと運転中に発生したFPガスにより数MPaの内圧がかかっている。SFPのドライアウト時、被覆管は原子炉内での冷却水の外圧による圧縮応力でなく、内圧による引張応力下で酸化される。この引張応力は、被覆管の酸化挙動に影響を及ぼすものと考えられる。そこで、引張応力状態でのジルカロイ2被覆管の酸化挙動を調べるため、内圧を最大1.1MPaまで負荷した状態で、飽和水蒸気中、600Cで酸化試験を実施し、表面に形成された酸化皮膜(ZrO2)の厚さや結晶構造を測定した。その結果、ZrO厚さは、内圧負荷に応じて減少することがわかった。これは、ZrOの単斜晶からより密度が小さい正方晶への変態が引張応力により抑制されたことが原因と考えられる。

When the function of cooling system for a spent fuel pool loses, the spent fuel pins are covered with steam-air mixture environment. The spent fuel with internal pressure pin is oxidized during the process of dry out of the spent fuel pool. It is a possibility that the internal pressure which causes the crack formation of the oxide film accelerates the oxidation of Zircaloy-2 tube. The influence of internal pressure on oxidation behavior of Zircaloy-2 cladding tube was investigated. The oxidation test of the fuel pin with internal pressure was carried out at 600C in the saturated steam. The internal pressure was applied to Zircaloy-2 specimen up to 1.1 MPa. The thickness of ZrO decreased with increasing the internal pressure. One possible cause for the present result may be attributed to the suppression of phase transformation (monoclinic ZrO to tetragonal ZrO) which is considered to cause the degradation of oxide film by the internal pressure.