Study of SiC-matrix fuel element for HTGR

高温ガス炉用SiC母材燃料要素の検討

水田 直紀 ; 青木 健  ; 植田 祥平   ; 大橋 弘史 ; Yan, X. 

Mizuta, Naoki; Aoki, Takeshi; Ueta, Shohei; Ohashi, Hirofumi; Yan, X.

実用高温ガス炉においては、安全性と燃料要素冷却性能の向上が望まれている。耐酸化SiC母材燃料コンパクトを用いたスリーブレス燃料要素と両側直接冷却構造を採用することにより、ピンインブロック型高温ガス炉の安全性と冷却性能の向上が期待できる。燃料コンパクトの中性子照射後の有効熱伝導率は、ピンインブロック型高温ガス炉の核熱設計において重要な物理的性質である。高温ガス炉心の冷却性能を向上させることができる燃料コンパクトの中性子照射後の有効熱伝導率を議論するため、両側直接冷却構造を有するピンインブロック型高温ガス炉の定常運転時の最高燃料温度を解析的に求めた。この結果から、高温ガス炉心の冷却性能向上に望ましい中性子照射後のSiC母材の熱伝導率を議論した。加えて、SiC母材燃料コンパクトに適した製造方法を、焼結温度,純度,大量生産性の観点から検討した。

Enhancement of safety and cooling performance of fuel elements are desired for a commercial High Temperature Gas-cooled Reactor (HTGR). Applying sleeveless fuel elements and dual side directly cooling structures with oxidation resistant SiC-matrix fuel compact has a possibility of improving safety and cooling performance at the pin-in-block type HTGR. The irradiated effective thermal conductivity of a fuel compact is an important physical property for core thermal design of the pin-in-block type HTGR. In order to discuss the irradiated effective thermal conductivity of the SiC-matrix fuel compact which could improve the cooling performance of the reactor, the maximum fuel temperature during normal operation of the pin-in-block type HTGR with dual side directly cooling structures are analytically evaluated. From these results, the desired irradiated thermal conductivity of SiC matrix are discussed. In addition, the suitable fabrication method of SiC-matrix fuel compact is examined from viewpoints of the sintering temperature, the purity and the mass productivity.