反応度事故時の燃料被覆管破損メカニズムに関する研究; 二軸荷重負荷条件及び水素化物析出形態の影響

Research on the failure mechanism of fuel cladding under RIA conditions; Influences of biaxial tensile loading conditions and hydride morphology

三原 武  

Mihara, Takeshi

燃焼の進んだ燃料の反応度事故模擬実験でみられているペレット被覆管相互作用(PCMI)破損に関し、PWR燃料及びBWR燃料それぞれについて被覆管に生じる多軸応力及び水素化物析出形態が破損挙動に及ぼす影響を調べた。PWR燃料については、水素化物リムより内側の金属部に析出した水素化物が被覆管の破損限界に及ぼす影響を調べるために、燃料安全研究グループで開発した手法により外面予き裂を導入した未照射被覆管(応力除去焼鈍処理済み)に水素を吸収させた試料を作製し改良EDC試験を実施した。破壊力学指標であるJ積分値で破損限界を整理することにより、二軸応力比及び被覆管の水素濃度の影響を明らかにした。この結果と総合試験結果で見られている水素濃度依存性の傾向とが一致したことから、PCMI破損プロセスが水素化物リム部に発生したき裂の進展により支配されるという現象理解が裏づけられた。BWR燃料については、照射硬化及び水素化物配向を模擬した試料を作製し二軸荷重負荷試験を実施した。この試験で得られた破損時周方向歪み及び破損形態は高燃焼度BWR燃料のそれらと類似しており、径方向に析出した水素化物の影響による破損限界の低下を炉外で再現することに成功した。これにより、高燃焼度BWR燃料の破損メカニズムのモデル化に必要な、様々な応力比条件, 水素濃度及び配向条件での系統的なデータ取得が可能となった。

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