Fuel behavior analysis for accident tolerant fuel with sic cladding using adapted FEMAXI-7 code

FEMAXI-7を用いたSiC被覆事故耐性燃料の燃料ふるまい解析

白数 訓子  ; 齋藤 裕明; 山下 真一郎   ; 永瀬 文久 

Shirasu, Noriko; Saito, Hiroaki; Yamashita, Shinichiro; Nagase, Fumihisa

シリコンカーバイド(SiC)は、その耐熱性、化学的安定性、照射安定性の高さより、事故耐性燃料の有力な候補物質となっている。SiCをジルカロイの替わりに被覆管材料として用いた場合の燃料挙動評価を行うために、軽水炉燃料ふるまい解析コードFEMAXI-7に、物性値や機能の追加などの改良を行った。整備したコードを用い、SiC被覆燃料のふるまい解析を、BWRステップ3(99燃料(B型))を例にして行った。SiC被覆管は、照射により大きくスエリングし、熱伝導率が低下する。このことにより、被覆管-燃料ペレット間のギャップが広がり、燃料ペレット温度の上昇がみられた。また、ジルカロイ被覆管とは応力緩和のメカニズムが異なり、計算の高度化のためには、破断応力等のデータ取得、モデルの改良が必要であることが明らかになった。

Silicon carbide (SiC) is an attractive candidate of accident tolerant fuel (ATF) cladding material because of its high chemical stability, high radiation resistance and low neutron absorption. FEMAXI-ATF has been developed to analysis SiC cladding fuel behaviors. The thermal, mechanical and irradiation property models were implemented to FEMAXI-7, which is a fuel behavior analysis code being developed in JAEA. Fuel rod behavior analysis was performed under typical boiling water reactor (BWR) operating conditions with a model based on a 99 BWR fuel (Step III Type B), in which the cladding material was replaced from Zircaloy to SiC. The SiC cladding shows large swelling by irradiation. It increases the gap size and decreases cladding thermal conductivity. The mechanism of relaxation of stress is also different from the Zircaloy cladding. The experimental data for SiC materials are still insufficient to construct the models, especially for evaluating fracture behavior.