Mechanical property evaluation with nanoindentation method on Zircaloy-4 cladding tube after LOCA-simulated experiment

垣内 一雄; 山内 紹裕*; 天谷 政樹; 宇田川 豊; 北野 剛司*

Proceedings of TopFuel 2022 (Internet), p.409 - 418, 2022/10

In order to examine the influence of cladding microstructural changes upon the mechanical property of the fuel cladding under LOCA conditions in a more direct and quantitative manner, the nanoindentation method has been applied to Zircaloy-4 cladding specimens after LOCA simulated tests (about 1473 K, ECR 20%, quench at 973 K after slow cooling); results for two specimens taken from the rupture opening part and secondary hydriding part were compared. In addition to hardness and Young's modulus, the plastic work fraction that corresponds to the relative ductility was evaluated from the load-displacement curve. The plastic work fraction at the secondary hydriding part was found to be obviously lower than that at the rupture opening part and closer to that in -Zr(O) layers beneath the outer surface. This result from the nanoindentation method agrees with the conventional knowledge about low ductility at the secondary hydriding part.

燃料挙動解析コードFEMAXI-8の開発; 軽水炉燃料挙動モデルの改良と総合性能の検証

宇田川 豊; 山内 紹裕*; 北野 剛司*; 天谷 政樹

JAEA-Data/Code 2018-016, 79 Pages, 2019/01

JAEA-Data-Code-2018-016.pdf:2.75MB

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FEMAXI-7(2012年公開)の次期リリースに向けた最新バージョンである。FEMAXI-7は主に実験データ解析や燃料設計等研究/開発ツールとして利用されてきたが、燃料挙動に係る現象解明やモデル開発等の燃料研究分野における適用拡大並びに燃料の安全評価等への活用を念頭に、原子力機構ではその性能向上及び実証を進めた。具体的には新規モデル開発、既存モデルの改良及び拡充、プログラムのデータ/処理構造見直し、旧言語規格からの移植、バグフィックス、照射試験データベース構築等のインフラ整備、体系的な検証解析を通じた問題の発見と修正等を行うとともに、各種照射試験で取得された144ケースの実測データを対象とした総合的な性能評価を実施した。燃料中心温度について概ね相対誤差10%の範囲で実測値を再現する等、解析結果は実測データと妥当な一致を示した。

Hydrogen solubility and heat capacity measurement on cold worked, stress relieved and recrystallized Zry-4 by DSC

山内 紹裕*; 天谷 政樹

no journal, , 

DSCを用いて、冷間加工、応力除去焼きなまし、再結晶焼きなましZry-4の水素固溶限及び比熱を測定した。水素の加熱中の固溶に対応する固溶限は再結晶焼きなまし、応力除去焼きなまし、冷間加工材の順に大きくなった。また、水素化物固溶に伴う吸熱反応により、試料の見かけの比熱が大きくなった。測定結果より、被覆管製造工程における熱処理が水素化物固溶挙動に影響を及ぼすことが示唆された。

ナノインデンテーション法を用いた燃料被覆管の機械特性評価

山内 紹裕*; 垣内 一雄; 宇田川 豊; 北野 剛司*

no journal, , 

燃料被覆管は、水素化や高温酸化により機械特性が劣化する。微細組織の変化がマクロな機械的特性に与える影響を把握するため、ナノインデンテーション法を用いた試験を実施している。本報告では、同手法をZr合金被覆管に適用する上で有効なデータ補正手法およびLOCA模擬試験後試料の測定結果について紹介する。補正手法の検討では、圧痕周辺の盛り上がり(パイルアップ)を考慮した面積関数を決定し、これを補正に用いることで、硬さやヤング率の荷重依存性が低減することを確認した。測定の一例として、昇温破裂後に1200CにてECR約20%まで高温酸化し、700Cまで徐冷後、クエンチした被覆管試料の硬さを評価した。破裂部から軸方向に約20mm位置における残存金属層中の硬さ分布は、破裂部と比較して高い側にシフトしており、prior-相中の水素濃度増加および析出相中の酸素濃度増加に起因していると考えられた。