国内軽水型原子炉圧力容器を対象とした確率論的破壊力学に基づく健全性評価に関する標準的解析要領

Guideline on structural integrity assessment for reactor pressure vessel in domestic light water reactor based on probabilistic fracture mechanics

Lu, K. ; 勝山 仁哉  ; 高見澤 悠 ; Li, Y. 

Lu, K.; Katsuyama, Jinya; Takamizawa, Hisashi; Li, Y.

供用年数の増加に伴い、発電用軽水型原子炉圧力容器(RPV)では炉心からの中性子照射により破壊靭性が低下する、いわゆる中性子照射脆化が生じる。国内では、RPVの非延性破壊を防止するため、この中性子照射脆化や、健全性評価上最も厳しい事象の1つである加圧熱衝撃事象(PTS)を考慮して、日本電気協会規程等に基づく決定論的手法により健全性評価が行われている。一方、欧米においては、近年確率論的手法の規制への導入が進んでいる。例えば米国では、PTS評価において、確率論的手法に基づく関連温度に関するスクリーニング基準が規定されており、またそのスクリーニング基準を満足しない場合には確率論的手法に基づく亀裂貫通頻度(TWCF)を指標とした評価の実施が認められている。また、供用期間中検査の試験程度や検査間隔の緩和の検討等にも確率論的手法が適用されている。ここで、確率論的手法とは具体的には確率論的破壊力学(PFM)に基づく健全性評価手法であり、長期供用に伴う機器の経年劣化に関連する様々な因子の不確実さ等を考慮して、合理的に機器の破損確率や破損頻度等を算出できる方法である。こうした背景を踏まえ、国内のRPVに対するPFMに基づく健全性評価の実施を念頭に、国内外の最新知見や専門家の意見等を反映するとともに、主として加圧水型原子炉のRPVを対象に開発が進められたPFM解析コードPASCALの整備、及びPASCALによる感度解析等により得られた知見を取りまとめて、2017年に標準的解析要領を整備し、JAEA-Research2016-022として公開した。この標準的解析要領では、破壊力学に関する知識を有する解析担当者がこれを参照することでPFM解析を実施し、TWCF等の確率論的数値指標を算出できることを目的としている。2017年以降、PFMに基づく健全性評価の更なる実用化に向けて、日本原子力研究開発機構において、沸騰水型原子炉のRPVに対するPFM解析を可能にするため、PASCALの機能を拡充するとともに、標準的解析要領の充実化を図った。本報告はその成果をまとめたものである。本報告は、以下の5つの章で構成される。まず第1章で、本報告の背景及び概要について述べる。次に第2章で、標準的解析要領の枠組みと対象範囲について述べた後、第3章にて標準的解析要領の詳細について記述する。PASCALに対する信頼性確認事例についても同章で記す。第4章では、標準的解析要領を満足し、国内の現状の代表的事例として適切と考えられる手法

For reactor pressure vessels (RPVs) in the light water reactors, the fracture toughness decreases due to the neutron irradiation embrittlement with operating years. In Japan, to prevent RPVs from a nil-ductile fracture, deterministic fracture mechanics methods in accordance with the codes provided by the Japan Electric Association are performed for assessing the structural integrity of RPVs under the pressurized thermal shock (PTS) events by taking the neutron irradiation embrittlement into account. On the other hand, in recent years, probabilistic methodologies for PTS evaluation are introduced into regulations in the United States and some European countries. For example, in the United States, a PTS screening criterion related to the reference temperature based on the probabilistic method is stipulated. If the screening criterion is not satisfied, it is allowable to perform the evaluation based on the probabilistic method by calculating numerical index such as through-wall crack frequency (TWCF). In addition, the reduction of non-destructive examination extent or extension of examination intervals for RPV welds have been discussed based on the probabilistic method. Here, the probabilistic method is a structural integrity assessment method based on probabilistic fracture mechanics (PFM) which is rational in calculating the failure probability of components by considering uncertainties of various factors related to the aged degradation due to the long-term operation. Based on these backgrounds, we developed a PFM analysis code PASCAL and released a guideline on structural integrity assessment based on PFM by reflecting the latest knowledge and expertise in 2017. Here, the main analysis target was the RPV of pressurized water rector considering neutron irradiation embrittlement and PTS events in the structural integrity assessment of RPVs. The objective of the guideline is that persons who have knowledge on the fracture mechanics can carry out the PFM analyses and