原子炉圧力容器用確率論的破壊力学解析コードPASCAL5の使用手引き及び解析手法

User's manual and analysis methodology of probabilistic fracture mechanics analysis code PASCAL Ver.5 for reactor pressure vessels

高見澤 悠 ; Lu, K. ; 勝山 仁哉  ; 眞崎 浩一*; 宮本 裕平*; Li, Y. 

Takamizawa, Hisashi; Lu, K.; Katsuyama, Jinya; Masaki, Koichi*; Miyamoto, Yuhei*; Li, Y.

原子炉圧力容器(RPV: Reactor Pressure Vessel)は原子炉冷却材圧力バウンダリを構成する重要機器の1つであり、中性子照射等に伴う高経年化を考慮した構造健全性確保が極めて重要である。国立研究開発法人日本原子力研究開発機構(JAEA: Japan Atomic Energy Agency)では、RPVの構造健全性評価に関する研究の一環として、確率論的破壊力学(PFM: Probabilistic Fracture Mechanics)解析コードPASCAL(PFM Analysis of Structural Components in Aging LWR)の開発を進めている。本コードは、加圧水型軽水炉(PWR: Pressurized Water Reactor)及び沸騰水型軽水炉(BWR: Boiling Water Reactor)を対象に、影響因子が持つ不確実さを考慮し、加圧熱衝撃(PTS: Pressurized Thermal Shock)事象や低温過圧事象(LTOP: Low-Temperature Over Pressure)等の過渡によるRPVの炉心領域部の破損確率や破損頻度を求めるものである。破壊力学や確率論的計算手法等に関する最新知見や国内RPVに適した評価手法・評価モデルを踏まえ、新規解析機能の導入を進めるとともに、系統的なコード検証活動を通じて信頼性向上を図ってきた。平成12年度に公開したPASCALでは、PWRのPTS事象を対象に、RPVの破損確率を解析する基本的な枠組みを整備した。平成18年度に公開したPASCAL2では、内部亀裂の評価手法や様々な非破壊検査による亀裂の検出性に関する評価モデル等を導入し、過渡事象データベースを整備した。平成22年度に公開したPASCAL3では、肉盛溶接クラッド部に着目して、亀裂の評価機能等を改良した。平成29年度に公開したPASCAL4では、応力拡大係数解や破壊靭性の不確実さを考慮した評価モデル等の改良により解析機能の高度化を図るとともに、影響因子の不確実さを認識論的不確実さと偶然的不確実さに分類し、不確実さを考慮した信頼度評価機能等を整備した。平成30年度以降は、これまでPWRのPTS事象を対象としたRPV内面側亀裂の評価機能に加えて、BWRの起動事象、LTOP事象等を想定したRPV外面側亀裂の評価機能等の整備を進めてきた。これらの機能整備を踏まえ、国内PWR及びBWRのRPVを対象とした確率論的健全性評価に資する解析コードとして、PASCAL5へとバージョンアップした。PASCAL5はPFM解析モジュールであるPASCAL-RV、PASCAL-RVの入力データの生成やRPV炉心領域部を対象とした破損頻度の算出を行うモジュールであるPASCAL-Manager、付録として附属する簡易的な熱応力解析を

As a part of the structural integrity assessment research for aging light water reactor (LWR) components, a probabilistic fracture mechanics (PFM) analysis code PASCAL (PFM Analysis of Structural Components in Aging LWR) has been developed in Japan Atomic Energy Agency. The PASCAL code can evaluate failure probabilities and failure frequencies of core region in reactor pressure vessel (RPV) under transients by considering the uncertainties of influential parameters. The continuous development of the code aims to improve the reliability by introducing the analysis methodologies and functions base on the state-of-the-art knowledge in fracture mechanics and domestic data. In the first version of PASCAL, which was released in FY2000, the basic framework was developed for analyzing failure probabilities considering pressurized thermal shock events for RPVs in pressurized water reactors (PWRs). In PASCAL Ver. 2 released in FY 2006, analysis functions including the evaluation methods for embedded cracks and crack detection probability models for inspection were introduced. In PASCAL Ver. 3 released in FY 2010, functions considering weld-overlay cladding on the inner surface of RPV were introduced. In PASCAL Ver. 4 released in FY 2017, we improved several functions such as the stress intensity factor solutions, probabilistic fracture toughness evaluation models, and confidence level evaluation function by considering epistemic and aleatory uncertainties related to influential parameters. In addition, the probabilistic calculation method was also improved to speed up the failure probability calculations. To strengthen the practical applications of PFM methodology in Japan, PASCAL code has been improved since FY 2018 to enable PFM analyses of RPVs subjected to a broad range of transients corresponding to both PWRs and boiling water reactors, including pressurized thermal shock, low-temperature over pressure, and normal operational transients. In particular, the stress intensi