高速炉MOX燃料照射試験による燃料挙動解析コードFEMAXI-8の検証

Validation of fuel behavior analysis code FEMAXI-8 using fast reactor MOX fuel irradiation tests

生澤 佳久   ; 長山 政博*

Ikusawa, Yoshihisa; Nagayama, Masahiro*

超臨界圧軽水冷却炉(Supercritical Water-Cooled Reactor、SCWR)や、低減速炉(Reduced Moderation Water Reactor、RMWR)において、水冷却環境下でステンレス鋼製被覆管や高Pu含有混合酸化物(Mixed Oxide、MOX)燃料を採用した炉心燃料の検討がなされている。このような炉心燃料概念の研究開発に資するため、高速実験炉「常陽」で照射された高速炉MOX燃料の照射後試験結果に基づき、挙動解析コードFEMAXI-8の解析機能について検証を行った。FEMAXI-8は、軽水炉燃料の通常運転時及び過渡条件下の挙動解析を目的として原子力機構が開発・整備を進めてきた挙動解析コードで、最新バージョンのものである。この最新バージョンでは、事故耐性燃料等の改良型燃料についても取り扱うことが出来るようステンレス製被覆管の物性モデルも選択できるように改良・開発されている。本報告書の目的は、軽水炉よりも高出力、高燃焼度で照射され且つ高Pu含有MOX燃料、ステンレス鋼製被覆管を採用した高速炉MOX燃料を検証データとして加え解析機能を確認することで、現在研究開発が進められている新型の炉心燃料の照射挙動に対するFEMAXI-8の予測精度を確認することである。検証の結果、軽水炉のPu含有率、照射条件を超え、ステンレス鋼製被覆管を採用したナトリウム冷却型高速炉MOX燃料の照射挙動に対しても、顕著な組織変化が生じない範囲であればFEMAXI-8は十分な解析精度を有していることを確認した。今後、MOX燃料熱伝導度のO/M比依存性や、高温時の照射挙動評価モデルを採用することで、FEMAXI-8の解析精度の向上を図ることが出来ると考えられる。

Core fuels with stainless steel cladding and high plutonium content mixed oxide (MOX) fuel in a water-cooled environment, such as supercritical water-cooled reactors (SCWR) and reduced-moderation water reactors (RMWR), have been studied. In order to contribute to the research and development of such a core fuel concept, the fuel performance code "FEMAXI-8" was verified based on the results of post irradiation examinations of MOX fuel irradiated in the experimental fast reactor "JOYO". FEMAXI-8 is the latest version of the behavior analysis code developed by JAEA to analyze the behavior of light water reactor fuels under normal operation and transient conditions. This latest code has been improved and developed to allow the selection of stainless steel cladding property models to analyze improved fuels such as accident tolerant fuels. The purpose of this report is to confirm the prediction accuracy of FEMAXI-8 for the irradiation behavior of the new type of core fuel that is currently being developed. As a result of the verification, it was confirmed that FEMAXI-8 has sufficient analysis accuracy for the irradiation behavior of sodium-cooled fast reactor MOX fuel with stainless steel cladding, which exceeds the plutonium content and irradiation conditions of light water reactors. In the future, the analysis accuracy of FEMAXI-8 could be improved by adopting the O/M ratio dependence of MOX fuel thermal conductivity and the irradiation behavior evaluation model at high temperature.