Fission gas release and swelling in uranium-plutonium mixed nitride fuels

田中 康介*; 前田 宏治*; 勝山 幸三*; 井上 賢紀*; 岩井 孝; 荒井 康夫

Journal of Nuclear Materials, 327(2-3), p.77 - 87, 2004/05

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2004.01.002

高速実験炉「常陽」で照射した2本のウラン・プルトニウム混合窒化物,(U,Pu)N,燃料ピンの照射挙動について、FPガス放出とスエリングに着目して議論した。最高線出力は75kW/m、ピーク燃焼度は4.3at.%であり、照射後の燃料の健全性が確認された。燃料ペレットからのFPガス放出率とスエリング速度は、初期ギャップ幅を変えた2本の燃料ピンにおいて、それぞれ3-5%,1.6-1.8%/at.%burnupの範囲であった。FPガスの大半は(U,Pu)Nの結晶粒内に保持され、一部がガスバブルとして析出していた。被覆管の外径変化は2本の燃料ピンで異なっており、初期ギャップ幅の大きな燃料ピンではペレットのリロケーションに起因すると思われる非均一な外径変化,オーバリティが観測された。

Behavior of uranium-plutonium mixed carbide fuel irradiated at JOYO

荒井 康夫; 岩井 孝; 中島 邦久; 長島 久雄; 二瓶 康夫; 勝山 幸三*; 井上 賢紀*

Proceedings of GLOBAL2003 Atoms for Prosperity; Updating Eisenhower's Global Vision for Nuclear Energy (CD-ROM), p.1686 - 1693, 2003/00

高速実験炉「常陽」で約4.3at.%(約40GWd/t)まで照射したウラン・プルトニウム混合炭化物燃料ピンの照射挙動を報告する。ピーク線出力は71kW/m、オーステナイトステンレス鋼被覆管最高温度は約905Kであると評価された。高い線出力照射であるにもかかわらず組織再編は穏やかであった一方で、MOX燃料と比較すると高いスエリング速度と小さなFPガス放出率を示した。照射試験に用いた混合炭化物燃料は超化学量論組成を有していたが、ステンレス鋼被覆管との間の化学的相互作用の兆候はみとめられなかった。また、ほぼ同じ照射条件で照射したウラン・プルトニウム混合窒化物燃料との照射挙動の比較を行った。

JMTR照射ウラン・プルトニウム混合窒化物燃料の照射後試験: 88F-5Aキャプセル

荒井 康夫; 岩井 孝; 笹山 龍雄; 岡本 芳浩; 中島 邦久; 新見 素二; 助川 友英; 山原 武; 鈴木 康文

JAERI-Research 95-008, 92 Pages, 1995/02

JAERI-Research-95-008.pdf:5.04MB

ウラン・プルトニウム混合窒化物ペレットを充填したヘリウムボンド型燃料ピン2本を、88F-5Aキャプセルに組み込み、JMTRにおいて最高線出力65kW/mの条件で燃焼度4.1%FIMAまで照射した。照射後の燃料ピンに有害な欠陥は無く健全であった。燃料中心の装荷した熱電対指示は照射期間中に燃料温度が低下する傾向を示し、ペレットと被覆管のギャップが徐々に閉塞することが確認された。FPガス放出率は約2~3%と極めて低い値であるとともに、燃料ピンの外径増加率は最大でも約0.4%にとどまるという結果を得た。また、ステンレス鋼被覆管内面に有意な腐食は観察されなかった。そのほか、照射に伴う燃料組織変化等についても知見を得た。

Fabrication of uranium-plutonium mixed nitride fuel pins for irradiation tests in JMTR

荒井 康夫; 鈴木 康文; 岩井 孝; 前多 厚; 笹山 龍雄; 塩沢 憲一; 大道 敏彦

Journal of Nuclear Science and Technology, 30(8), p.824 - 830, 1993/08

https://doi.org/10.3327/jnst.30.824

高速炉用新型燃料であるウラン・プルトニウム混合窒化物(UPu)N燃料ピンを製作した。今回製作した4本のHeボンド形燃料ピンは、完成検査後、2本ずつ2体のキャプセルに組み込まれ、現在JMTRで照射中である。燃料ペレットは、N-H混合気流中における酸化物の炭素熱還元法により調製した。燃料組成は化学量論的組成の一窒化物であり、酸素および炭素の残留量は2,000ppm以下と高純度である。燃料ピンは、He雰囲気のグローブボックス中でのTIG溶接により製作した。照射中のギャップコンダクタンスに関する情報を得る目的で、1本の燃料ピン中にはペレット中心温度測定用の熱電対を挿入した。被覆管および端栓の材質はオーステナイトステンレス鋼を標準材として用いたが、1本の燃料ピンには、ボイドスエリング特性に優れたフェライト鋼を採用した。そのほか、燃料-被覆管の初期ギャップ巾などを照射パラメータとした。

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。

Cesium migration effects on irradiation behavior of fast reactor MOX fuel pins

丹野 敬嗣; 岡 弘; 生澤 佳久; 上羽 智之; 大塚 智史; 皆藤 威二; 前田 誠一郎

no journal, , 

Csは揮発性FPであり、高速炉燃料ピン内で高温の炉心部から低温のUOブランケットに軸方向移動する。UOブランケットに蓄積したCsは低密度のCs-U-O化合物を形成し、特に高燃焼度では厳しいFCMIを生じることが懸念される。本研究ではCsの軸方向移動とその影響を理解するため、EBR-IIで照射された燃料ピンについて、外径測定とガンマスキャンによるCs軸方向分布測定を実施するともに、計算コードを用いて燃焼によるCs生成量を求め、Csの軸方向分布を定量化した。これらの結果、ブランケット部Cs蓄積位置でFCMIが生じていること、Cs蓄積量に応じて燃料ピンの外径変化が増大していることが分かった。