Evaluation of breach characteristics of fast reactor fuel pins during steady state irradiation

定常照射における高速炉燃料ピンの破損特性評価

岡 弘*   ; 皆藤 威二 ; 生澤 佳久   ; 大塚 智史   

Oka, Hiroshi*; Kaito, Takeji; Ikusawa, Yoshihisa; Otsuka, Satoshi

本研究では、実験的に得られた燃料ピン破損データを使用して、高速炉燃料ピンの破損予測における累積損傷和(CDF)での評価の信頼性を評価したものである。EBR-IIでの照射により定常照射中に破損した6本の燃料ピンについてCDFを評価した。照射後試験により、被覆管のクリープ損傷に対するFCMIの寄与は小さく、FPガスを含む内圧応力により評価可能であることがわかった。被覆管温度履歴やFPガスによる内圧上昇を考慮し、炉内クリープ破断式を使用して破損ピンのCDFを評価した結果、破損発生時のCDFは0.7から1.4の範囲であり、定常照射での燃料ピン破損はCDF値が1.0近傍において発生する実績が得られた。本結果により、適切な材料強度と環境効果が考慮された場合、CDF評価は燃料ピン破損の予測にあたって信頼性のある手法であることがわかった。

The objective of this study is to evaluate the reliability of a cumulative damage fraction (CDF) analysis for the prediction of fuel pin breach in fast rector using experimentally obtained fuel pin breach data for the first time. Six breached fuel pins were obtained from steady state irradiation in the EBR-II. Post irradiation examinations revealed that FP gas pressure was the main cause of creep damage in cladding, and that the stress contribution from FCMI was negligible. CDFs evaluated for these pins using in-reactor creep rupture equation, taking into account the irradiation history of cladding temperature and hoop stress due to FP gas pressure, were in the range of 0.7 to 1.4 at the occurrence of breach. This shows clearly that fuel pin breach occurs when the CDF approaches 1.0. The results indicate that CDF analysis would be a reliable method for the prediction of fuel pin breach when appropriate material strength and environmental effects are adopted.