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A Statistical approach for modelling the effect of hot press conditions on the mechanical strength properties of HTGR fuel elements

HTGR燃料要素の機械強度特性に対する熱間加圧条件の効果のモデル化のための統計学的手法

相原 純 ; 黒田 雅利*; 橘 幸男 

Aihara, Jun; Kuroda, Masatoshi*; Tachibana, Yukio

高温ガス炉(HTGR)は炉心溶融が起こらない安全性が高い次世代原子炉である。しかし、HTGRの炉心のほとんどは黒鉛であるため、HTGRの安全性をより高めるためには燃料の耐酸化性を高めることが重要である。HTGRでは核分裂性物質を含む小球をセラミックスの被覆層で被覆した、直径1mm程度の被覆燃料粒子(CFP)が使用されている。CFPと母材の原料を混合したものを焼結したものが燃料要素である。母材は現在黒鉛である。本研究では模擬CFP(アルミナビーズ)と母材の原料(Si粉末,黒鉛粉末,樹脂)を型に詰めて熱間加圧し、SiCと黒鉛の混合母材を持つ耐酸化燃料要素を製造した。事故条件下でも燃料要素の健全性を保つためには、耐酸化性のみならず機械強度も高い燃料要素を開発する必要がある。熱間加圧条件は燃料要素の機械強度に影響する因子の一部と考えられる。機械強度が高い燃料要素のための熱間加圧条件の最適化のためには、熱間加圧条件と機械強度の関係を定量的に評価する必要がある。本研究では、統計学的実験計画法を導入することにより、熱間加圧条件と機械強度の関係を表す応答曲面の構築し、最適な熱間加圧条件を評価した。

It is important to improve oxidation resistance of fuel for huge oxygen ingress into core to improve safety of high temperature gas-cooled reactors (HTGRs), because almost volume of cores of HTGRs consist of graphite. In this study, simulated oxidation resistant fuel elements, of which matrix is mixture of SiC and graphite, has been fabricated by hot press method. In order to maintain structural integrity of fuel element under accident conditions, high-strength fuel elements should be developed. In order to identify optimal hot press conditions for preparing high-strength fuel elements, effect of hot press conditions on mechanical strength properties of fuel elements should be evaluated quantitatively. In the present study, response surface model, which represents relationship between hot press conditions and mechanical strength properties, has been constructed by introducing statistical design of experiments (DOE) approaches, and optimal hot press conditions were estimated by model.

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