ハルデン炉を利用した日本の燃料照射研究; ハルデン共同研究(2000-02年)の成果(共同研究)

ハルデン共同研究合同運営委員会

JAERI-Tech 2004-023, 38 Pages, 2004/03

JAERI-Tech-2004-023.pdf:1.85MB

日本原子力研究所は国内の諸機関との間でノルウェー・ハルデン市にあるハルデン沸騰型重水原子炉(HBWR)を利用した複数の共同研究を行っている。これらの共同研究は、OECD/NEAハルデン原子炉計画(ハルデン計画)への原研の加盟期間の更新に合わせて、3年ごとに更新する共同研究契約に基づいて実施している。本報告書は、各共同研究について、その目的,内容及び2000年1月から2002年12月にわたる3年間の研究で得られた成果の概要をとりまとめたものである。今期3年間には、7件の共同研究を行った。このうち2件は契約期間内に研究を終了し、残り5件は次期期間(2003.1-2005.12)でも継続して研究を実施することとなった。研究の多くは軽水炉燃料の高燃焼度化に対応した改良燃料や被覆管の照射挙動研究及びプルサーマルの本格導入に備えたMOX燃料の照射挙動研究である。

ハルデン拡大計画会議

中村 仁一

核燃料, (31), p.31_21 - 31_22, 1999/06

ハルデン拡大計画会議が、1999年5月にノルウェーにローエンで開催された。この会議はノルウェーのハルデン炉を中核として現在20ケ国が参加しているOECDハルデン原子炉計画(Halden Reactor Project)から得られた燃料・材料照射研究とマンマシン研究の成果等を討議する会議である。このうち燃料・材料照射研究の会議は次の6つのセッションよりなり、計65件の発表があった。(1)UO-MOX-Gdの熱特性(15件)。(2)IASCCと水化学効果(10件)。(3)FD放出(17件)。(4)PCMI,被覆管クリープ、リフトオフ挙動(7件)。(5)過渡時挙動と燃料健全性(7件)。(6)被覆管水側腐食とクラッド形成(9件)。本稿では、各セッションの内容を紹介している。

Thermal diffusivity measurement of high burnup UO pellet

中村 仁一; 内田 正明; 上塚 寛; 古平 恒夫; 山原 武; 菊地 章

Proc. of Int. Topical Meeting on LWR Fuel Performance, 0, p.499 - 506, 1997/03

ハルデン炉で、燃焼度63MWd/kgUまで照射された、UOペレットの熱拡散率の測定を室温から1794Kにかけてレーザーフラッシュ法を用いて行った。高燃焼度UOの熱拡散率は、未照射UOに比べて室温で半分以下に低下していたが、その差は温度の上昇とともに減少し、両者は、約1800Kでは、ほぼ一致した。また、測定最高温度を次第に上昇させながら測定を繰り返したところ、800K-1200Kにかけて熱拡散率が次第に上昇する傾向を示した。これは照射損傷の回復にともなうものと推定された。回復後の熱拡散率は、固溶FPを加えた模擬高燃焼度燃料SIMFUELの値よりやや小さい値を示した。熱拡散率の測定値は、試料毎にばらつきを示したが、この試料間の熱拡散率の差は、試料密度の差で大部分説明できることが明らかになった。

Post-irradiation examination of high burnup HBWR fuel rods at JAERI

中村 仁一; 上塚 寛; 河野 信昭; 大枝 悦郎; 助川 友英; 古田 照夫

HPR-345 (Vol. II), 0, 13 Pages, 1995/00

ハルデン炉で最高燃焼度62MWd/kgUまで照射された7本の燃料棒の照射後試験が原研で実施されており、現在までに全ての非破壊試験と一部を除いた大部分の破壊試験が終了した。このうち3本の燃料棒は16年間にわたって照射されており、金相試験で照射初期の高出力時に生じたと推定される顕著な柱状晶の成長と中心孔の形成が観察された。これらの燃料棒のFPガス放出は、製造時の燃料密度より、柱状晶の成長と中心孔の形成に大きな影響を受けていると推定された。ペレットの径方向燃焼度分布測定がマイクロサンプリングした試料の化学分析によりなされ、XMA分析によるPuとNdの径方向分布と良い一致を示した。またペレットの平均燃焼度は出力履歴から推定された燃焼度と良い一致を示した。高燃焼度UOの熱拡散率測定データについても報告を行う。

Experimental plan on irradiated LWR fuels at JAERI

上塚 寛; 中村 仁一; 永瀬 文久; 内田 正明; 古田 照夫

Fuel Performance Experiment and Analysis and Computerised Man-Machine Communication, p.1 - 11, 1990/09

高燃焼度化に伴う燃料特性の変化を調べるために、商用PWRとHBWRで照射した燃料に対する広範な照射後試験計画を立案した。PWR燃料に対するPIEの主要目的は、ペレットの熱伝導特性の変化、ガドリニア添加の化学的効果および燃焼度伸長に伴う被覆管の特性変化についての情報を取得することである。また、PWR燃料はJMTRのBOCAカプセルで再照射し、出力変動や出力急昇時のフィッションガス放出挙動を調べる予定である。HBWRで62MWd/kgUまで照射した燃料に対しては、様々な金相試験を実施すると共に、化学溶解試験と酸素ポテンシャルの測定を行う。

Fuel densification and swelling; Relationship between burn-up induced asial and radial fuel dimensional changes

柳澤 和章

Nucl.Eng.Des., 96, p.11 - 20, 1986/00

https://doi.org/10.1016/0029-5493(86)90158-5

ハルデン炉(HBWR)では、燃料寸法変化の評価に、炉内測定した燃料スタック長を用いて来た。測定では、照射初期に、焼きしまりが生ずるのが観察された。燃料の半径方向の寸法変化を(ギャップメーターで)測定した。最近の照射後試験では、これまで行われて来た軸方向寸法変化の測定結果が、実際に生じている燃料の径方向スウェリングを正確に反映していない事が分った。それは、燃料のスウェリングが主として燃料ペレットの中央部で生じているのに対し、軸方向変形は燃料ペレットの外側部(肩の部分)で生じており、そこではスウェリングが支配的でない為である。この事実を炉内及び照射後試験から測定した燃料軸方向の寸法変化と、半径方向の寸法変化から明らかにした。

水炉PWR型燃料棒の炉内バーンアウト破損と取付計装類による破損時の燃料ふるまい解析

柳澤 和章

JAERI-M 84-009, 45 Pages, 1984/02

JAERI-M-84-009.pdf:1.95MB

ハルデン炉内に設置したPWRループ内でベース照射中の1717型PWR燃料棒3本がバーンアウトにより破損した。その破損は炉運転中燃料体出力を90KW(20KW/m)から130KW(27KW/m)に増加させた際、ループ冷却材流量弁が開放されず設定流量値3700l/nより32%以上も低い冷却状態が続いた際中に発生した。燃料取付の計装類より得た破損前後の炉内データおよび破損後の炉外外観検査により破損解析を実施した。その結果以下のことが明らかになった。1)バーンアウトは燃料頂部4~7cmの範囲で生じていた。2)破損燃料棒の冷却流量不足中の典型的な冷却条件は圧力15.12MPa、冷却材最高温度346C、流量2716l/nであった。これら条件を用いた熱水力的解析ではこのときの水に蒸気の比は10.5%であった。3)破損燃料棒の内圧は破損時に急激に上昇した。4)燃料が破損したとき、軸方向伸び量の急激な低下があった。非破損の燃料棒ではそれらが観られなかった。

IFA-508(I)データー解析速報,2; 燃料棒の直径変形,照射期間:1977年6月~7月,到達燃焼度:70MWd/tUO

柳澤 和章

JAERI-M 7711, 52 Pages, 1978/06

JAERI-M-7711.pdf:1.79MB

国産燃料体のHBWRにおける照射実験結果の解析を速報である。主に被覆管の直径変化について報告する。解析の対象となった照射期間は1977年6月-7月、到達燃焼度は70MWd/Tuoである。得た結果は下記の通りである。(1)被覆管にうねりが発生した。(2)リッジDr、サブリッジDsおよび谷の径Dtを定義した。(3)Drは出力の増加と共に増加した。燃料棒のギャップと被覆管肉厚の違いによってDr、DsおよびDtにも挙動の相違がみられた。(4)薄肉小ギャップ棒の最高出力(500W/cm)での最大歪はDr値で0.2%、永久 歪は0.13%であったが厚肉小ギャップ棒の最高出力(500W/cm)での最大歪はDr値で0.14%、永久歪は0.05%であった。(5)Dr値は燃料棒の底部、中央部および頂部で異なった。これにはサブリッジDsの効果が大きいことがわかった。(6)高出力保持中の緩和では薄肉管と厚肉管の差がみられた。径歪と軸歪との相関は薄肉管ではよく一致したが厚肉管ではなかった。径方向の変形様式はよく似ていた。(7)FEMAXIコードは比較的よく実験値と一致した。

IFA-508(I)データ解析速報,No.1; 燃料棒の伸びと中心温度,照射期間:1977年6月~8月,到達燃焼度:1600MWd/tUO

柳澤 和章; 内田 正明

JAERI-M 7520, 29 Pages, 1978/02

JAERI-M-7520.pdf:0.76MB

国産燃料のHBWRにおける照射実験結果の解析速報である。主に燃料棒の伸びと中心温度について報告する。照射機関は1977年6月-8月、到達燃焼度は1600MWd/tUOである。