ADS用窒化物燃料ふるまい解析モジュールの開発

Development of module for ADS nitride fuel performance analysis

柴田 裕樹 ; 齋藤 裕明; 林 博和 ; 高野 公秀 

Shibata, Hiroki; Saito, Hiroaki; Hayashi, Hirokazu; Takano, Masahide

放射性廃棄物の減容・有害度低減のため、使用済核燃料中に含まれる長寿命放射性核種のうち、マイナーアクチノイドを加速器駆動システム(ADS)で核変換する技術の開発が進められており、その炉心における照射中の窒化物燃料のふるまいを理解することが必要である。そこで、窒化物燃料物性データベース、9Cr-1Moフェライト鋼(T91鋼)被覆管、Pi-Bi冷却材の物性、各種モデル式を組み込んだFEMAXI-7を基にした窒化物燃料ふるまい解析モジュールを開発し、いくつかの変数をパラメータとした試計算を実施した。その結果、その優れた熱伝導度により照射挙動が極めて安定することが判明した。しかし、核種変換に伴うHe放出による内圧増加、低温での窒化物燃料ペレットの低クリープ性、T91鋼被覆管の873K以上での高クリープ性などから、燃料ペレット-被覆管間機械的相互作用(PCMI)の増加による被覆管健全性が担保できるかがADSの燃料設計における懸念事項であることを見出した。

Transmutation of minor actinides in the form of nitride fuel by the accelerator driven system has been developed to reduce the radiotoxicity and volume in the radioactive wastes. Nitride fuel behavior under irradiation condition is necessary for its design and development. Nitride fuel performance analysis module based on light water reactor fuel performance code, FEMAXI-7, was developed by introducing fundamental properties of nitride pellet, 9Cr-1Mo ferrite cladding, and Pi-Bi coolant. As a result of test analysis with this module, we have understood that the nitride fuel shows excellent behavior under irradiation due to its high thermal conductivity. We found that, however, it may be a main concern that fuel cladding integrity is maintained during irradiation in which pellet-cladding mechanical interaction is increased by He gas release, low creep rate of nitride pellet at low temperatures, and high creep rate of cladding above 873 K.