Improvement of probabilistic fracture mechanics analysis code PASCAL-SP with regard to PWSCC

確率論的破壊力学解析コードPASCAL-SPの加圧水型原子炉一次系水質環境中応力腐食割れに関する評価機能の整備

真野 晃宏 ; 山口 義仁 ; 勝山 仁哉  ; Li, Y. 

Mano, Akihiro; Yamaguchi, Yoshihito; Katsuyama, Jinya; Li, Y.

亀裂を有する原子力構造物の健全性評価には、決定論的な破壊力学に基づく手法が用いられている。一方で、影響因子の不確実性の考慮及び構造物の破損確率の定量評価が可能であるという理由から、確率論的破壊力学(PFM)に基づく手法の実用性が期待されている。原子力機構ではこれまでに、沸騰水型原子炉水質環境中における粒界型応力腐食割れや疲労等の経年事象を考慮した原子力配管の破損確率の評価を目的として、PFM解析コードPASCAL-SPの開発を進めてきた。近年国内では加圧水型原子炉一次系水質環境中応力腐食割れ(PWSCC)に起因する亀裂がニッケル合金溶接部において確認されていることを踏まえ、その構造健全性評価が重要となっている。本論文はPWSCCを考慮した一次系配管の評価を目的として、PASCAL-SPに整備した機能について示すものである。PWSCCに関連する確率論的評価モデルとして、亀裂の発生、進展、貫通亀裂からの漏えい量の評価及び非破壊検査による亀裂の検出等のモデルを整備した。また、解析コードによる応力拡大係数の計算精度の向上を図った。評価事例としてPWSCCに起因する周方向及び軸方向亀裂を有するニッケル合金溶接部を対象とした破損確率の評価を示した。加えて、非破壊検査及び漏えいの検知が破損確率に及ぼす影響を評価した。評価結果を踏まえて、改良したPASCAL-SPがPWSCCを考慮した一次系配管の破損確率評価に有用であると結論付けた。

Probabilistic fracture mechanics (PFM) analysis is expected as a rational method for the structural integrity assessment because it can consider the uncertainties of various influence factors and can evaluate the quantitative value such as failure probability of a cracked component as the solution. In the Japan Atomic Energy Agency, a PFM analysis code PASCAL-SP has been developed for the structural integrity assessment of piping welds in nuclear power plants. In the latest few decades, a number of cracks due to primary water stress corrosion cracking (PWSCC) have been detected in the nickel-based alloy welds in the primary piping of pressurized water reactors (PWRs). Thus the structural integrity assessment taking account of PWSCC has become important. In this paper, we improved PASCAL-SP for the assessment considering PWSCC by introducing the several analytical functions such as the evaluation models of crack initiation time, crack growth rate and probability of crack detection. By using improved PASCAL-SP, the failure probabilities of pipes with a circumferential crack or an axial crack due to PWSCC were evaluated as numerical examples. We also evaluated the influence of a leak detection and a non-destructive examination on the failure probabilities. On the basis of the numerical results, we concluded that the improved PASCAL-SP is useful for evaluating the failure probability of pipe taking PWSCC into account.