Transmissivity prediction of the Excavation Damaged Zone fracture around the gallery at 500 m at the Horonobe Underground Research Laboratory

青柳 和平; 尾崎 裕介; 田村 友識; 石井 英一

Proceedings of 4th International Conference on Coupled Processes in Fractured Geological Media; Observation, Modeling, and Application (CouFrac2024) (Internet), 10 Pages, 2024/11

高レベル放射性廃棄物の地層処分では、処分場建設時に空洞周辺に生じる掘削損傷領域が放射性核種の選択的移行経路になりうることから、掘削損傷領域の評価が重要となる。過去の研究では、割れ目に作用する平均有効応力を引張強度で除した、Ductility Index(DI)というパラメータにより透水性を評価できる可能性があることが示されている。本研究では、幌延深地層研究センターの350m調査坑道を対象として坑道周辺のDIの分布を検討することで、掘削損傷領域の透水量係数を予測した結果、水理試験により得られた結果を内包する予測結果を得た。さらに、これから建設が予定されている500m調査坑道を対象としてDIに基づき掘削損傷領域の透水量係数を予測した。結果として、500m調査坑道では、350m調査坑道と比較して掘削損傷領域に生じる割れ目の透水量係数が1桁程度小さいことが確認された。これは、深度500mは、深度350mと比較して地圧状態が高いことにより割れ目が閉塞されやすいことを反映したものであると考えられる。

幌延深地層研究センターの深度の異なる水平坑道を対象とした掘削損傷領域の水理力学特性の検討

青柳 和平; 石井 英一

第14回岩の力学国内シンポジウム講演論文集(インターネット), 6 Pages, 2017/01

堆積軟岩を対象とする幌延深地層研究センターの深度250mおよび350mの調査坑道において生じた掘削損傷領域(Excavation Damaged Zone: EDZ)の水理・力学特性を検討することを目的として、透水試験、コア観察、BTV観察を行った。結果として、250m調査坑道ではEDZの進展幅は壁面から約1.0mであり、EDZの透水係数は、健岩部と比較して約2-3オーダー程度大きかった。一方、350m調査坑道では、EDZの進展幅は壁面から0.4mまでであったが、EDZの透水係数は健岩部と比較して約5オーダー程度大きい結果であった。これらの関係性について、地山強度比と岩盤中のせん断変形に伴う局所的なダイラタンシーの程度を評価する指標であるDuctility Index(DI)の2つの物理パラメータを基に、深度と岩種の違いによるEDZの水理力学特性を検討した。結果として、EDZの進展幅は地山強度比と関連しており、EDZの透水係数の増大は、DIの値の違いにより説明できることが示唆された。

冷却材喪失事故時の被覆管延性低下に及ぼす冷却時温度履歴の影響

宇田川 豊; 永瀬 文久; 更田 豊志

JAERI-Research 2005-020, 40 Pages, 2005/09

JAERI-Research-2005-020.pdf:4.63MB

急冷開始温度及び急冷前の冷却速度がLOCA時の被覆管延性低下に及ぼす影響を調べることを目的とし、未照射PWR用1717型ジルカロイ-4被覆管から切り出した試料を水蒸気中、1373及び1473Kで酸化し、ゆっくりと冷却(徐冷)してから急冷した。試験条件のうち、徐冷の速度を27K/s、急冷開始温度を10731373Kの範囲で変化させて複数の試験を行い、冷却条件の異なる試料を得た。酸化,急冷した試料に対しリング圧縮試験,ミクロ組織観察,ビッカース硬さ試験を実施した。急冷開始温度低下に伴い、金属層中に析出する相の面積割合が大幅に増加し、被覆管の延性が明確に低下した。徐冷速度の減少に伴い、析出した相の単位大きさ及び硬さの増大が生じたが、面積割合及び被覆管の延性はほとんど変化しなかった。析出相は周りの金属層より硬く、また酸素濃度が高いことから、その延性は非常に低いと考えられる。したがって、析出相の面積割合増大が、急冷開始温度低下に伴う延性低下促進の近因である。

温度遷移による高燃焼度PWR燃料被覆管の機械特性変化

永瀬 文久; 上塚 寛

JAERI-Research 2002-023, 23 Pages, 2002/11

JAERI-Research-2002-023.pdf:1.94MB

軽水炉の異常過渡や事故時の燃料棒健全性を評価するための基礎データを得ることを目的に高燃焼度PWR燃料被覆管を673~1173Kで0~600s間加熱し、室温においてリング引張試験を実施した。試験の結果から、加熱温度と加熱時間に依存した被覆管強度と延性の変化が明らかになった。温度遷移による機械特性の変化は、主に、照射欠陥の回復,ジルカロイの再結晶,相変態,それらに伴う水素化物析出形態の変化に対応しているものと考えられる。また、未照射被覆管との比較により、高温においても短時間では照射の影響が消失しない可能性が示された。合わせて、高燃焼度PWR被覆管の半径方向水素濃度分布を測定し、被覆管外表面部で約2400wtppmという高濃度の水素を検出した。このような高濃度の水素集積は、高燃焼度PWR燃料被覆管の延性低下や加熱後の延性変化と密接に関連すると考えられる。

Creep properties of 20% cold-worked Hastelloy XR

倉田 有司; 中島 甫

Journal of Nuclear Materials, 228, p.176 - 183, 1996/00

https://doi.org/10.1016/S0022-3115(95)00222-7

固溶化処理状態及び20%冷間加工状態のハステロイXRのクリープ特性を、800、900、1000Cで調べた。800Cでは定常クリープ速度及び破断延性は20%の冷間加工により減少し、破断寿命は増加する。900Cでもそれらは減少するが、破断寿命への有益な効果は消失する。20%の冷間加工は導入された高密度の転位により800及び900Cでクリープ変形抵抗を高める。1000Cでは、20%冷間加工材の破断寿命は、クリープ中に起こる著しい動的再結晶により、短くなり、また定常クリープ速度は大きくなる。このような冷間加工効果は、高温工学試験研究炉の高温構造物の設計及び運転において考慮すべきである。

Creep behaviour of Hastelloy XR in simulated high-temperature gas-cooled reactor helium

倉田 有司; 小川 豊*; 鈴木 富男; 新藤 雅美; 中島 甫; 近藤 達男*

JAERI-Research 95-037, 42 Pages, 1995/06

JAERI-Research-95-037.pdf:2.04MB

800、900及び1000Cの高温ガス炉の近似ヘリウム中でハステロイXRのクリープ試験を行った。約50000時間までの試験結果はクリープ特性の著しい劣化を示さず、クリープ破断強度は高温工学試験研究炉の設計クリープ破断応力強さ(S)に対応する強度水準を十分上回っていた。定常クリープ速度の応力依存性をNorton式で表したとき、応力指数の値は4.5~5.7であり、支配的な変形機構は転位ループであると判断された。破断寿命はLarson-Millerパラメータにより十分な精度で評価することができた。破断した試料の炭素分析は浸炭が破断部近傍に制限されることを示した。内部に形成したクラックは応力軸に垂直な粒界で成長した析出物付近で発生した。電子線マイクロアナライザーによる分析により、Moに富んだ析出物とCrに富んだ析出物が共存していることがわかった。

軽水炉圧力容器用鋼の照射脆化に関する最近の研究動向の調査

須藤 亮*; 宮園 昭八郎

JAERI-M 83-086, 103 Pages, 1983/06

JAERI-M-83-086.pdf:2.56MB

軽水炉圧力容器鋼の中性子照射脆化に関する海外(米国、フランス、西ドイツ、イギリス)での最近の研究動向を調査した。調査結果は1)照射脆化感受性に及ぼす鋼材の化学成分の影響、2)照射材の照射後焼鈍による靭性の回復、3)破壊力学的手法による照射材の靭性評価、4)疲労き裂進展挙動に及ばす照射の効果、に分類した。1)では、銅(Cu)、リン(P)、ニッケル(Ni)等の影響、およびRegulator Guide等の現行のGuidelineの妥当性を評価、検討した研究が含まれている。2)では、照射脆化の進行を押えるための照射後焼鈍条件、焼鈍方法等を検討した研究が示されている。3)では、照射材の破壊靭性値とシャルピー衝撃値とを相関づけた研究、弾塑性破壊力学に基づく照射材のJ-R曲線を求めた研究等が示されている。4)に関しては、大気中での照射材の疲労き裂進展挙動を調べた研究が多く、実機環境中での研究は現段階では比較的少ない。

Oxygen embrittlement for zircaloy cladding

古田 照夫; 川崎 了; 橋本 政男; 大友 隆

Journal of Nuclear Science and Technology, 15(2), p.152 - 155, 1978/02

https://doi.org/10.3327/jnst.15.152

軽水炉の冷却材喪失事故評価において、ジルカロイ被覆管の脆化が問題にされるが、その脆化は酸素に支配される。しかし、脆化と酸素との間における定量的な把握はいまだ確立されていない。このため、酸素含有量を最高11700ppmまでに5種類を選び、その各含有量におき850C真空中で11段階の濃度分布を変化させたジルカロイ-4管を用いて、脆化と酸素の関係を扁平試験によって明らかにしようと試みた。その結果、脆化が著しくなる特定の濃度分布の存在が見出され、しかも、その脆化は酸素含有量および扁平試験温度に依存することも見出された。なお、酸素の侵入につれて、ジルカロイは結晶成長を起し、その成長の程度は酸素含有量の高いものほど著しい結果も得られた。

冷却材喪失事故条件下でのジルカロイ被覆管と水蒸気反応および延性変化

古田 照夫; 川崎 了; 橋本 政男; 大友 隆

JAERI-M 6601, 26 Pages, 1976/06

JAERI-M-6601.pdf:1.75MB

軽水炉の冷却材喪失事故における燃料破覆管と水蒸気との反応挙動を解明するため、ジルカロイ-4管の水蒸気による酸化速度と酸化による延性の変化を測定した。ジルカロイ-4の水蒸気による酸化量は、反応温度1000C以上で反応時間の平方根に比例し、反応速度定数Kp=6.6010exp(-41600/RT)(180/cm/sec)である。反応温度900Cおよび950Cの短時間反応の場合、酸化量は反応時間の対数に比例し、原子炉運転中に生成される被膜はこれら反応温度で酸化速度を遅くさせる効果をもっている。酸化液試料の延性は酸化量の増加とともに低下するが、その脆化挙動は水蒸気との反応温度によって異なる。同一酸化量の試料を比較すると、低温で反応させた試料は、高温で反応させた試料よりも侵入相が多いにもかかわらず延性の低下が少ない。

ジルカロイ被覆管の脆化におよぼす酸素の影響

古田 照夫; 橋本 政男; 川崎 了

JAERI-M 6182, 20 Pages, 1975/07

JAERI-M-6182.pdf:1.28MB

冷却材喪失事故時のジルカロイ被覆管の脆化の主因である酸素の影響について調べるため、5種類の酸素含有量をもつ試料を製作し、その各々の濃度分布を変化させた後、扁平試験を行おこなった。その結果、100Cの扁平試験では、5300ppm以上の含有量では含有量および濃度分布が均一になるにつれて脆化が著るしくなるが、3000ppmではある濃度分布のとき最小の延性が現われる。300Cでは、5300ppm以上の含有量、500Cのとき11700ppmのみに100Cで3000ppmで認められたと同じ現象がみられる。なお、酸素含有量が増加するにつれて酸素の拡散とともに結晶の粗大化も観察された。