Development of an integrated computer code system for analyzing irradiation behaviors of a fast reactor fuel

上羽 智之; 根本 潤一*; 伊藤 昌弘*; 石谷 行生*; 堂田 哲広; 田中 正暁; 大塚 智史

Nuclear Technology, 207(8), p.1280 - 1289, 2021/08

https://doi.org/10.1080/00295450.2020.1810977

高速炉燃料集合体の冷却材熱流動、燃料ピンの照射挙動、燃料ピン束の照射変形を連成して解析する統合計算コードシステムを開発した。このシステムは複数の計算コードから構成され、各コードが計算に必要とする情報を他のコードの計算結果から得るようになっている。これにより、照射下の燃料集合体における熱,機械,化学的挙動を関連させて解析することができる。本システムの機能確認のテスト解析として、高速炉で照射した混合酸化物燃料ピン束集合体の照射挙動解析を実施した。解析結果は集合体の横断面図、集合体や燃料ピンの3次元イメージモデル上に描画した。更に、解析で得られた燃料ピンの様々な照射挙動について、照射条件の影響を評価した。

Coupled computer code study on irradiation performance of a fast reactor mixed oxide fuel element with an emphasis on the fission product cesium behavior

上羽 智之; 根本 潤一*; 石谷 行生*; 伊藤 昌弘*

Nuclear Engineering and Design, 331, p.186 - 193, 2018/05

https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2018.03.005

高速炉MOX燃料ピンの照射挙動を計算するコードと燃料ピン内のCsの挙動に特化して計算するコードを連成することにより、Cs挙動が燃料ピンの熱・機械的挙動に及ぼす影響を解析できるようにした。連成した計算コードを高燃焼度MOX燃料ピンの照射挙動解析に適用し、Csの燃料ピン内軸方向分布やCs化合物による燃料ペレットと被覆管の機械的相互作用などを評価した。

Verification of the FBR fuel bundle-duct interaction analysis code BAMBOO by the out-of-pile bundle compression test with large diameter pins

上羽 智之; 伊藤 昌弘*; 根本 潤一*; 市川 正一; 勝山 幸三

Journal of Nuclear Materials, 452(1-3), p.552 - 556, 2014/09

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2014.06.016

バンドル-ダクト相互作用(BDI)解析コードBAMBOOを、太径ピンの炉外バンドル圧縮試験の結果を用いて検証した。太径ピンの外径は8.5mmと10.4mmであり、原型炉の高度化炉心とFaCTで検討している実証炉や実証炉のピン径に相当する。バンドル圧縮試験では、X線-CT技術により圧縮中のバンドルの横断面CT画像を取得した。このCT画像を解析し、ピン-ダクト間距離やピン-ピン間距離を評価した。検証ではBAMBOOコードの炉外バンドル圧縮試験解析結果とCT画像解析による評価結果とを比較した。比較の結果、BAMBOOコードは、ピン湾曲と被覆管の変形をBDI条件下での主要な変形機構と仮定することにより、太径ピンのBDI挙動を適切に予測できることが分かった。

Pu再分布挙動評価手法の高度化

石井 徹哉; 根本 潤一*; 浅賀 健男

JNC TN9400 2000-045, 64 Pages, 2000/03

JNC-TN9400-2000-045.pdf:2.47MB

高速炉用ペレット型MOX燃料では、照射により、製造時とは異なるPu濃度分布が形成されるとのPu再分布挙動が生じうる。燃料内にPu濃度分布が形成されることは、燃料の熱的状態を考える上で大きな影響をもたらすものであることから、Pu再分布挙動を適切に評価可能な手法を開発する必要がある。そこで本検討では、1992年時に開発したPu再分布挙動評価用の簡易モデルを高度化することで、照射中の変化履歴も含めて、適切にPu再分布挙動を評価できる手法を構築することを試みた。以下には、その概要を記す。1)92時間に開発したPu再分布挙動評価用簡易モデルの高度化を行い、これをJNCにて開発し、改良を進めている燃料挙動解析コードCEDARに組み込むことで、Pu再分布挙動評価手法を構築した。2)構築したPu再分布挙動評価手法について、照射試験結果を用いた評価結果の較正を行った結果、概ね、3wt.%程度の幅で、照射が終了した時点の燃料中心部のPu濃度を再現できることを確認した。3)構築したPu再分布挙動評価手法により、燃料に生じうるPu再分布挙動の傾向について検討し、照射の初期段階は、ポア移動に伴う気相輸送によりPu濃度が変化し、以降は、燃焼に伴うU,Pu量の変化と固相輸送との競合が状態が継続されながら、Pu濃度が変化するとの考察が得られた。また、製造時の燃料組成のうちのO/M比は、Pu再分布挙動に対する影響が大きく、照射の初期段階のPu再分布挙動は、U-Pu相互拡散係数が有するO/M比依存性に強く支配されるかたちで生じるとの考察も得られた。

高速炉用振動充填燃料の照射挙動解析コードCEDAR-VIPACの開発,1; 定常運転時の熱的挙動解析

根本 潤一*; 石井 徹哉; 鵜飼 重治

no journal, , 

高速炉実用化時の燃料候補として最も有力なものはMOXペレット燃料であるが、製造時の経済性等で利点を有していることから、今後の開発によっては高速炉サイクルの中で振動充填燃料を利用する方策も考えられる。そこで、定常運転時の振動充填燃料の照射挙動を評価するための解析コードCEDAR-VIPACの開発を行った。あわせて、原子力機構がロシア原子炉科学研究所との共同研究として実施したMOX振動充填燃料照射試験結果を用いてCEDAR-VIPACの熱的解析機能の検証を行い、燃料内の熱的状態を適切に評価できることを確認した。

高燃焼度下での高速炉燃料の照射挙動評価

河野 史明; 根本 潤一*; 石井 徹哉; 水野 朋保

no journal, , 

高速増殖炉サイクル実用化研究開発(FaCT)の一環として、ドライバ燃料の高燃焼度下での熱的・機械的照射挙動を概略評価した。本検討では、酸化物燃料に加えて、FaCTの中で補間概念として検討を進めている金属燃料も対象とし、現在検討中の燃料仕様や照射条件を参照したノミナル評価を行った。その結果、燃料の照射中の健全性は十分に確保されているとの考察が得られ、今後はノミナル評価による挙動予測評価精度の向上を図り、設計検討における保守性合理化への反映を図る考えである。

中空燃料下部閉塞部の熱的挙動に関する検討

永沼 正行; 前田 誠一郎; 根本 潤一*

no journal, , 

FBRサイクル実用化研究開発(FaCTプロジェクト)で検討を進めている高速増殖炉実証炉では、製造性に優れ、高燃焼度・高線出力化が可能な中空燃料の採用を予定している。中空燃料における重要な課題の一つとして、中空部表面の燃料欠落ちによる燃料カラム下部の閉塞挙動が挙げられる。中空部の閉塞は局所的な燃料物質の増加から線出力やスミア密度の増加をもたらし、燃料ピンの熱的・機械的健全性に影響を与える可能性があり、実機への採用に向け挙動を把握する必要がある。閉塞挙動に関して、原子力機構では80年代に米国Argonne National Laboratoryとの共同研究で実施した運転信頼性試験の中で、中空燃料ピンの定常・過渡照射試験を実施し、閉塞部近傍の詳細なPIEを実施している。本報告では、この照射燃料ピンを対象に、閉塞挙動のうち熱的健全性への影響に着目することとし、閉塞部近傍の詳細な熱解析を行い、PIE結果(金相による組織変化)を適切に再現できる解析モデルを評価した。

高速炉燃料ピン内のCs軸方向移動・蓄積挙動,3; Cs蓄積による被覆管寿命への影響評価

生澤 佳久; 上羽 智之; 丹野 敬嗣; 岡 弘; 皆藤 威二; 根本 潤一*

no journal, , 

高燃焼度のMOX燃料ピンでは、UO-MOXペレット境界部にCsが蓄積し、Cs-U-O化合物の形成が原因と考えられるFCMI(Fuel-Cladding Mechanical Interaction: 燃料-被覆管機械的相互作用)による局所的な被覆管外径増加が生じる場合がある。このような局所的な外径増加について、燃料ピン照射挙動計算コード「CEDAR」を用いて被覆管クリープ損傷への影響を評価した。その結果、局所的な外径増加が発生している箇所ではFCMI応力によって被覆管のクリープ寿命に影響を与えること分かった。