原子炉級黒鉛の照射挙動解明のための簡易モデルの提案

Proposal of simple model for investigating irradiation behavior of nuclear-grade graphite

西條 友章 ; 水田 直紀 ; 長谷川 俊成  ; 菅沼 拓朗; 島崎 洋祐 ; 石原 正博 ; 飯垣 和彦 

Saijo, Tomoaki; Mizuta, Naoki; Hasegawa, Toshinari; Suganuma, Takuro; Shimazaki, Yosuke; Ishihara, Masahiro; Iigaki, Kazuhiko

HTTR(高温工学試験研究炉)の炉心には、耐熱性に優れた原子炉級黒鉛材料が使用されている。この黒鉛材料は、温度や中性子照射により物性値が変化するとともに、照射変形やクリープ変形など複雑な挙動を示すため、黒鉛用の応力解析コードを開発してきた。これを用いて、中性子照射とともに蓄積する残留ひずみによる炉停止時応力などを評価してきたが、温度や中性子照射によるヤング率、熱膨張係数等の物性値の変化が炉停止時応力等に与える影響については、十分に把握されていない。そこで、物性値の変化や複雑な変形が及ぼす運転時及び原子炉停止時に発生する応力への影響を明らかにし、黒鉛構造物の長寿命化開発等に資することを目的として、簡易はりモデルを基にした評価モデルを開発した。本報告書では、本モデルを用いて、600Cから800Cの温度域にある黒鉛構造物について、物性値の照射変化による運転時応力及び炉停止時応力への影響を明らかにした。

Nuclear-grade graphite is used for core components of High Temperature Engineering Test Reactor (HTTR) due to excellent heat resistant properties. The physical properties of this graphite change with temperature and neutron irradiation, as well as exhibit complex behavior such as irradiation deformation and creep deformation. Then, stress analysis code has been developed for the graphite. In previous study, the code has been used to evaluate the shutdown stress by residual strain that accumulates with neutron irradiation. However, the effects of change in physical properties such as Young's modulus and thermal expansion-coefficient on shutdown stress have not been fully understood. Therefore, an evaluation model based on a simplified beam model was developed to clarify the effects of changes in physical properties and complex deformations on stresses occurring during operation and reactor shutdown, and to contribute to the development of graphite structures with longer lifetimes. As an application example, the effects of changes on various physical properties on operational and shutdown stresses were clarified for graphite components in the temperature range from 600 to 800C.