Bayesian approach to model temperature dependence of Charpy absorbed energy and uncertainty evaluation of ductile-to-brittle transition temperature for reactor pressure vessel steel

ベイズ法による原子炉圧力容器鋼のシャルピー吸収エネルギーの温度依存性のモデル化と延性‐脆性遷移温度の不確実性評価

高見澤 悠 ; 西山 裕孝 

Takamizawa, Hisashi; Nishiyama, Yutaka

原子炉圧力容器(RPV)鋼の中性子照射脆化は、プラント運転中の監視試験試験(シャルピー衝撃試験)で得られる延性‐脆性遷移温度(DBTT)を用いて評価されてきた。RPVの構造健全性評価の信頼性を確保するためには、監視試験に内包される不確かさを考慮した十分な安全余裕を考慮する必要がある。本研究では、日本と米国で製造された約1,900の未照射および照射済み材料のデータセットを用いて、シャルピー吸収エネルギー変動の温度依存性を評価するモデルを開発した。次に、モンテカルロサンプリングとベイズ推定を用いてシャルピー試験データの確率分布を推定し、41Jエネルギーレベル()におけるシャルピー延性‐脆性遷移温度の確率分布を評価した。試験片数との不確かさの関係を詳細に評価した結果、日本製鋼材と米国製鋼材のの不確かさはほぼ同等であり、中性子照射によっても変化がない(材料の不均質性に明確な変化がない)ことがわかった。一方、製造方法に関しては、母材と溶接金属のの不確かさはほぼ同等であったが、熱影響部(HAZ)の不確かさが大きいことが示された。

Embrittlement of reactor pressure vessel (RPV) steel caused by neutron irradiation has been evaluated using ductile-to-brittle transition temperature (DBTT) derived from surveillance tests (Charpy impact tests) during plant operation. For reliable structural integrity assessment of the RPV, incorporating adequate safety margins which take into account uncertainties inherent in surveillance Charpy impact tests is needed. In this study, a model to evaluate temperature dependence of Charpy absorbed energy variability using approximately 1,900 datasets of unirradiated and irradiated materials manufactured in Japan and United States was developed. Next, probability distribution of Charpy ductile-to-brittle transition temperature at a 41J energy level () was evaluated by estimating the probability distribution of Charpy test data using Monte Carlo sampling and Bayesian inference. From the detailed evaluation of the relationship between the number of specimens and uncertainty, uncertainty of was found to be almost the same in materials manufactured in Japan and U.S., and unchanged with neutron irradiation (no clear change in material inhomogeneity). Regarding product form on the other hand, uncertainty of for base metal and weld metal was almost the same, but the heat affected zone was shown to have large uncertainty.