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石橋 良*; 廣坂 和馬*; 山名 貴志*; 柴田 昌利*; 佐々木 政名*; 根本 義之; 檜木 達也*
Proceedings of TopFuel 2024 (Internet), 9 Pages, 2024/09
As a cladding material for accident tolerant fuel, SiC is expected to have an advantage in elevated temperature resistance compared to other candidate materials. End-plug joints are exposed to elevated temperature by heat-upped fuel pellets and loading by difference in internal and external pressure of cladding during a severe accident. For performing sufficient strength against severe accident conditions, we are developing an end-plug joint consisted of mechanical fastening and brazing and evaluation methods for its joint strength. Objectives in this study are to evaluate strength and deformation behavior of the joint using tensile testing and to analyze the deformation mechanism based on estimated loading and temperature conditions during a severe accident. The evaluation results using tensile testing provided information for evaluating the joint by inter pressure testing in the next stage.
根本 義之
季報エネルギー総合工学, 47(1), p.27 - 32, 2024/04
2024年2月に行われたエネルギー総合工学研究所主催月例研究会での講演内容に基づき、事故耐性燃料(ATF)被覆管研究開発の全体概要、原子力機構でのATF研究、そして経済協力開発機構/原子力機関(OECD/NEA)のQuench-ATFプロジェクトの概要について解説する。
山下 真一郎
日本原子力学会誌ATOMO
, 65(4), p.233 - 237, 2023/04
2011年の東日本大震災に伴う東京電力福島第一原子力発電所の事故を契機に、軽水炉の安全性を飛躍的に高めることが期待される事故耐性燃料(ATF)の早期実用化への関心が世界的に高まり、現在、世界中の多くの国々で研究開発が進められている。本稿では、2015年より、経済産業省資源エネルギー庁の支援のもとで進められてきている、国内のATF技術開発の概要を紹介する。
鵜飼 重治*; 矢野 康英; 井上 利彦; 曽和 貴志*
Materials Science & Engineering A, 812, p.141076_1 - 141076_11, 2021/04
被引用回数：23 パーセンタイル：79.15(Nanoscience & Nanotechnology)FeCrAl-ODS鋼は、軽水炉の事故耐性燃料に対する有望な材料として期待されている。この合金に対してAlとCrは鍵となる元素であり、Crはアルミナ形成を促進し、Alは脆性相となるCrリッチ相(
')の形成を抑制する重要な相乗効果を有している。今回の研究では、Cr(9-16at.%)とAl(10-17 at.%)の添加量を系統的に変化させ、室温, 300, 700度の引張試験を実施し、CrとAlの両添加に及ぼす固溶強化に関する調査を行った。その結果、軽水炉の運転温度である300度において、CrとAlの1at.%当りの固溶強化量は、それぞれ20, 5MPaと直線的に増加することが分かった。この固溶強化量は、一般的なFleischer-Friedel理論やLabusch理論では説明できず、鈴木の変形はラセン転位の2重キンク機構により説明可能であることを明らかにした。本研究成果は、文部科学省の原子力システム研究開発事業による委託業務として、北海道大学が実施した平成25-28年度「事故時高温条件での燃料健全性確保のためのODSフェライト鋼燃料被覆管」の研究成果である。
白数 訓子; 齋藤 裕明; 山下 真一郎; 永瀬 文久
Proceedings of 2017 Water Reactor Fuel Performance Meeting (WRFPM 2017) (USB Flash Drive), 8 Pages, 2017/09
シリコンカーバイド(SiC)は、その耐熱性、化学的安定性、照射安定性の高さより、事故耐性燃料の有力な候補物質となっている。SiCをジルカロイの替わりに被覆管材料として用いた場合の燃料挙動評価を行うために、軽水炉燃料ふるまい解析コードFEMAXI-7に、物性値や機能の追加などの改良を行った。整備したコードを用い、SiC被覆燃料のふるまい解析を、BWRステップ3(9
9燃料(B型))を例にして行った。SiC被覆管は、照射により大きくスエリングし、熱伝導率が低下する。このことにより、被覆管-燃料ペレット間のギャップが広がり、燃料ペレット温度の上昇がみられた。また、ジルカロイ被覆管とは応力緩和のメカニズムが異なり、計算の高度化のためには、破断応力等のデータ取得、モデルの改良が必要であることが明らかになった。
山下 真一郎; 永瀬 文久; 倉田 正輝; 加治 芳行
Proceedings of Annual Topical Meeting on LWR Fuels with Enhanced Safety and Performance (TopFuel 2016) (USB Flash Drive), p.21 - 30, 2016/09
我が国では、軽水炉の事故耐性を向上させるために、新しい材料及び概念で設計された燃料棒、チャンネルボックス、制御棒を開発してきている。事故耐性燃料や燃料以外の要素部材を効率的かつ適切に導入するためには、基盤となる実用的データを蓄積するだけでなく、技術成熟度を考慮するとともに、知見が不足している部分を認識し、設計・製造のための戦略を構築する必要がある。日本原子力研究開発機構(JAEA)は、経済産業省(METI)の平成27年度委託事業において、前述の技術基盤を整備し、事故耐性燃料やそれ以外の要素部材の既存軽水炉への導入に向けた研究計画案を策定した。技術基盤の整備には、軽水炉におけるジルコニウム合金の商用利用の経験を活かすことが有効である。そのため、JAEAは、本METI事業を、これまでの事故耐性燃料開発に携わってきた国内プラントメーカー,燃料製造メーカー,研究機関,大学等と協力して実施した。本論文では、事故耐性燃料やそれ以外の要素部材の技術基盤整備のために実施した本プロジェクトに関して、主だった結果を報告する。
and SiC in LWR conditions白数 訓子; 倉田 正輝
no journal, ,
福島第一原子力発電所の過酷事故をうけ、事故耐性の高い燃料の開発が進められている。SiCは、その化学的安定性や照射耐性から、有力な事故耐性被覆管の候補材となっている。水蒸気との反応性も、ジルカロイより低く、発生する熱や水素量の大きな減少も期待できる。軽水炉の通常運転時や過酷事故時における、燃料とSiCの間で生じる化学反応や懸念される事象を、熱力学平衡計算により評価した。SiCは、酸化によりSiOになるが、水蒸気の存在下では、SiOガスの生成割合が増加することがわかった。
高橋 克仁*; 坂本 寛*; 大塚 哲平*; 鵜飼 重治*; 平井 睦*; 山下 真一郎
no journal, ,
事故耐性を有する改良ステンレス鋼燃料被覆管の研究開発の一環として、開発を行っているFeCrAl系ODSフェライト鋼(以下,改良FeCrAl-ODS鋼と称する)のトリチウム透過特性に与える表面酸化膜の効果および被覆管製造を模擬して加工熱処理を施した板材の高温水蒸気酸化特性について評価した。
武内 豊*; 垣内 一雄*; 佐藤 寿樹*; 白数 訓子; 齋藤 裕明; 山下 真一郎
no journal, ,
SiCを被覆管に適用した場合の過渡並びにLOCA時の燃料棒挙動を、現行のZry被覆管燃料挙動と比較し、事故耐性燃料(ATF)開発にあたっての設計基準(DBA)事象の観点からの開発課題を整理・検討する。
山路 和也*; 桐村 一生*; 小坂 進矢*; 山下 真一郎
no journal, ,
事故耐性燃料の被覆管材としてSiC複合材を使用した場合の炉心核特性への影響を評価した。
古本 健一郎*; 手島 英行*; 渡部 清一*; 山本 晃久*; 白数 訓子; 齋藤 裕明; 山下 真一郎
no journal, ,
高温における水との反応熱および水素発生が少ないSiC複合材は事故耐性燃料被覆管として有力な材料の一つである。しかし、従来の被覆管材料であるZr合金と較べて基本的な材料物性が異なるだけでなく、SiC複合材に特有の照射挙動が存在する。そのため、SiC複合材被覆管燃料棒の運転時の炉内ふるまいは、それらを考慮して解析評価する必要がある。
渡部 清一*; 手島 英行*; 古本 健一郎*; 片山 正晶*; 山下 真一郎
no journal, ,
SiC複合材は高温での安定性に優れ、反応熱や水素発生がほとんどないことから、シビアアクシデントを抑制しうる事故耐性燃料被覆管として有力な材料の一つである。しかし、DBA発生時におけるSiC複合材の挙動に関する知見は少ない。そこで本研究では、DBA発生時の挙動を評価するための試験装置を開発し、SiC複合材被覆管(SiC被覆管)を用いてモックアップ試験を実施した。
山越 義規*; 桐村 一生*; 小坂 進矢*; 山下 真一郎
no journal, ,
事故耐性燃料の被覆管としてSiCを使用した場合のシビアアクシデント時の耐性について評価した。
山下 真一郎; 根本 義之; 井岡 郁夫; 川西 智弘; 倉田 正輝; 加治 芳行; 深堀 智生
no journal, ,
2011年の東日本大震災と津波、そして福島第一原子力発電所(1F)で起こった出来事の後、世界の興味はそのような極めて稀な出来事の間でも十分に性能が高められた燃料の探索に向けられ、それから多くの国で事故耐性燃料(ATF)開発プログラムが開始された。日本においては、1F事故以降、実用化研究, 製造技術開発、そして技術基盤整備のための幾つかのATFプログラムが始まった。日本において検討されているATF候補材料は、炭化ケイ素(SiC)複合材とFeCrAl鋼を微細な酸化物粒子の分散で強化したFeCrAl-ODS鋼である。SiC複合材は、汎用のジルコニウム合金に比べて、水素発生量が少なくまた反応熱も低いため非常に魅力的な材料である。それ故に、加圧水型軽水炉の燃料被覆管や沸騰水型軽水炉の燃料被覆管やチャンネルボックスとしての使用が期待されている。一方、FeCrAl-ODS鋼は将来有望な材料であり、沸騰水型軽水炉の燃料被覆管としての応用が考えられている。
矢野 康英; 丹野 敬嗣; 皆藤 威二; 大塚 智史; 大沼 正人*; 中島 英治*; 外山 健*
no journal, ,
酸化物分散強化型(ODS)鋼をナトリウム冷却高速炉(SFR)の燃料被覆管に適用することで、事故時を含む高温から超高温環境での燃料破損や冷却材の流路閉塞等のリスクを低減し、プラントの安全性向上をもたらすことが期待される。一方、ODS鋼被覆管を実用化するためには、通常時、異常過渡時だけでなく事故時を含む環境での強度特性を正確に把握することが不可欠である。本研究では、ODS鋼被覆管が超高温に晒された場合の機械的特性及び組織を系統的に明らかにして、事故に相当する超高温温度域でODS鋼被覆管の優れた強度が維持される温度-時間の限界マップを整備すること、ODS鋼のマルチスケール組織と強度特性の相関式整備に向けたデータを拡充することを目的として、ODS鋼被覆管の事故模擬超高温加熱試験及び強度試験を実施した。本研究は、文部科学省の原子力システム研究開発事業による委託業務として、原子力機構が実施した令和元年度および2年度「次世代原子力システム用事故耐性被覆管の照射特性評価技術の開発」の成果の一部である。
根本 義之; 岡田 裕史*; 佐藤 大樹*; Mohamad, A. B.; 井岡 郁夫; 鈴木 恵理子
no journal, ,
従来のジルコニウム合金製被覆管の外表面にクロム(Cr)等のコーティングを施し、事故時高温水蒸気中での耐酸化性を向上させた事故耐性燃料(ATF)被覆管の開発が進められている。本研究ではCrコーティング被覆管の事故時挙動について評価し、今後の開発に資する知見を得るため、酸化挙動の評価を行った。酸化挙動に関しては、LOCA時の被覆管破裂後を想定した両面酸化条件での酸化試験を行った。その結果、650
1150
Cの温度域ではいずれの場合もコーティングなしの場合に比較して、コーティングありの場合に、酸化量が低く抑えられて推移する傾向が見られた。
手塚 健一*; 木野 千晶*; 山下 晋; Mohamad, A. B.; 根本 義之
no journal, ,
原子力発電所の過酷事故発生時に水素発生・炉心溶融の進展を抑制することを目的とした事故耐性燃料の開発が進んでおり、PWR用には、CrコーティングしたZr被覆管(Crコーティング被覆管)が検討されている。本研究では、Crコーティング被覆管を用いたATFの事故時挙動を評価するための解析手法を開発した。解析ツールとして、国産のSA解析コードであり、ソースコードに容易にアクセス可能なSAMPSONを用いた。解析の結果、現行被覆管に比べて、Crコーティング被覆管を用いることで、事故模擬条件において有意な水素発生抑制効果を確認することができた。
山下 真一郎; 井岡 郁夫; 根本 義之; 川西 智弘; 逢坂 正彦; 加治 芳行
no journal, ,
福島第一原子力発電所事故を教訓に、冷却材喪失等の過酷条件においても損傷しにくく、高い信頼性を有する新型燃料の開発への関心が高まり、世界中の多くの国々において事故耐性を高めた新型燃料(ATF: Accident Tolerant Fuel)の研究開発が進められている。国内におけるATF開発は、経済産業省資源エネルギー庁からの委託を受けて共通基盤技術開発を担う原子力機構と、各ATF候補材料の要素技術開発を担うプラントメーカ,燃料メーカのコンソーシアムが、密接に連携協力しながら進めてきている。本講演では、各ATF要素技術の進捗状況報告に先立ち、本邦で進められているATF開発の状況について、国内でのATF開発における原子力機構の役割等の説明を交えながら概要を説明する。
山下 真一郎
no journal, ,
実用化が近いとされる事故耐性燃料(eATF)を商用利用するに当たっては、燃料サイクルのバックエンドの全ての段階に置いて様々な課題や機会に直面する。国際原子力機関であるIAEAでは、このことについて、IAEAメンバー国の専門家が一堂に会して共同で課題や機会について情報交換をファシリテートするための技術会合を企画した。原子力機構は今回、IAEAからの要請に基づいて、日本におけるATF研究開発プログラムの現状を紹介する。それに加えて、原子力機構はeATFsに関するバックエンド課題検討についても見通しを述べる。
中村 勤也*; 太田 宏一*; 高野 公秀
no journal, ,
電力中央研究所では、軽水炉の事故耐性向上のため、燃料と並行して制御棒の開発も必要であることを2013年から指摘しており、事故耐性制御棒の開発を進めてきた。これは事故耐性のみならず、使用済制御棒を減らすなど経済性向上も期待されるものである。制御棒と燃料棒ともにZr合金被覆管を使用することを想定し、新型の中性子吸収材であるEu-Hf系酸化物固溶体とZr合金の高温反応挙動を設計基準事故を超える条件下で実験により調べた結果、少なくとも1700Cまでは健全性を保っており、従来の制御棒より事故耐性が優れることを確認した。さらに、上記中性子吸収材と溶融燃料成分である(U,Zr)Oの高温反応挙動を過酷事故条件である2200から2600Cの範囲で実験により調べた結果、相互溶解性が良好で均質な酸化物固溶体を形成することを確認した。事故後の再臨界の危険性が抑制されることから、希土類-Zr系または希土類-Hf系酸化物固溶体とZr合金被覆からなる新型の事故耐性制御棒の概念が優れていることを明らかにした。
