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報告書

ハルデン炉を利用した日本の燃料照射研究; ハルデン共同研究(2000-02年)の成果(共同研究)

ハルデン共同研究合同運営委員会

JAERI-Tech 2004-023, 38 Pages, 2004/03

JAERI-Tech-2004-023.pdf:1.85MB

日本原子力研究所は国内の諸機関との間でノルウェー・ハルデン市にあるハルデン沸騰型重水原子炉(HBWR)を利用した複数の共同研究を行っている。これらの共同研究は、OECD/NEAハルデン原子炉計画(ハルデン計画)への原研の加盟期間の更新に合わせて、3年ごとに更新する共同研究契約に基づいて実施している。本報告書は、各共同研究について、その目的,内容及び2000年1月から2002年12月にわたる3年間の研究で得られた成果の概要をとりまとめたものである。今期3年間には、7件の共同研究を行った。このうち2件は契約期間内に研究を終了し、残り5件は次期期間(2003.1-2005.12)でも継続して研究を実施することとなった。研究の多くは軽水炉燃料の高燃焼度化に対応した改良燃料や被覆管の照射挙動研究及びプルサーマルの本格導入に備えたMOX燃料の照射挙動研究である。

報告書

ハルデン炉を利用した日本の燃料照射研究; ハルデン共同研究(1997-99年)の成果

ハルデン共同研究合同運営委員会

JAERI-Tech 2000-066, 60 Pages, 2000/11

JAERI-Tech-2000-066.pdf:4.51MB

日本原子力研究所は国内の諸機関との間でノルウェー・ハルデン市にあるハルデン沸騰型重水原子炉(HBWR)を利用した複数の共同研究を行っている。これらの共同研究の多くは、OECD/NEAハルデン原子炉計画(ハルデン計画)への原研の加盟期間の更新に合わせて、3年毎に更新する二者間の共同研究契約に基づいて実施している。本報告書は各共同研究について、その目的・内容及び1997年1月から1999年12月にわたる3年間の研究で得られた成果の概要をとりまとめたものである。今期3年間には、9件の共同研究を行った。このうち2件は契約期間中に研究を終了し、残り7件は次期期間(2000.1-2002.12)でも継続して研究を実施することとなった。

論文

ハルデン拡大計画会議

中村 仁一

核燃料, (31), p.31_21 - 31_22, 1999/06

ハルデン拡大計画会議が、1999年5月にノルウェーにローエンで開催された。この会議はノルウェーのハルデン炉を中核として現在20ケ国が参加しているOECDハルデン原子炉計画(Halden Reactor Project)から得られた燃料・材料照射研究とマンマシン研究の成果等を討議する会議である。このうち燃料・材料照射研究の会議は次の6つのセッションよりなり、計65件の発表があった。(1)UO$$_{2}$$-MOX-Gdの熱特性(15件)。(2)IASCCと水化学効果(10件)。(3)FD放出(17件)。(4)PCMI,被覆管クリープ、リフトオフ挙動(7件)。(5)過渡時挙動と燃料健全性(7件)。(6)被覆管水側腐食とクラッド形成(9件)。本稿では、各セッションの内容を紹介している。

報告書

ハルデン原子炉計画における日本の燃料照射研究; ハルデン共同研究(1994-1996年)の成果

ハンデル共同研究合同運営委員会

JAERI-Tech 97-066, 84 Pages, 1998/01

JAERI-Tech-97-066.pdf:2.71MB

原研は国内の諸機関との間でノルウェー・ハルデンにあるハルデン沸騰型重水原子炉(HBWR)を利用した多くの共同研究を行っている。これらの共同研究は、OECD/NEAハルデン原子炉計画(ハルデン計画)への原研の加盟期間の更新に合わせて、3年毎に更新する二者間の共同研究契約に基づいて実施している。本報告書は、各の共同研究についてその目的、内容及び1994年1月から1996年12月に亘る3年間の研究で得られた成果の概要をとりまとめたものである。今期は10件の共同研究を行い、このうち2件が終了し、残り8件が時期期間への継続となった。研究項目は多岐にわたるが、その多くは、軽水炉燃料の高燃焼度化に対応した改良燃料や被覆管の照射挙動研究とプルサーマルの本格導入に備えたMOX燃料照射研究である。

論文

Thermal diffusivity measurement of high burnup UO$$_{2}$$ pellet

中村 仁一; 内田 正明; 上塚 寛; 古平 恒夫; 山原 武; 菊地 章

Proc. of Int. Topical Meeting on LWR Fuel Performance, 0, p.499 - 506, 1997/03

ハルデン炉で、燃焼度63MWd/kgUまで照射された、UO$$_{2}$$ペレットの熱拡散率の測定を室温から1794Kにかけてレーザーフラッシュ法を用いて行った。高燃焼度UO$$_{2}$$の熱拡散率は、未照射UO$$_{2}$$に比べて室温で半分以下に低下していたが、その差は温度の上昇とともに減少し、両者は、約1800Kでは、ほぼ一致した。また、測定最高温度を次第に上昇させながら測定を繰り返したところ、800K-1200Kにかけて熱拡散率が次第に上昇する傾向を示した。これは照射損傷の回復にともなうものと推定された。回復後の熱拡散率は、固溶FPを加えた模擬高燃焼度燃料SIMFUELの値よりやや小さい値を示した。熱拡散率の測定値は、試料毎にばらつきを示したが、この試料間の熱拡散率の差は、試料密度の差で大部分説明できることが明らかになった。

論文

Thermal diffusivity of high burnup UO$$_{2}$$ pellet irradiated at HBWR

中村 仁一; 古田 照夫; 助川 友英

HPR-347, 12 Pages, 1996/00

ハルデン炉で63MWd/kgUまで照射されたUO$$_{2}$$ペレットの熱拡散率を室温から1800Kにかけてレーザーフラッシュ法により測定した。高燃焼度UO$$_{2}$$の室温での熱拡散率は、未照射UO$$_{2}$$の熱拡散率に較べて半分以下に低下しており、両者の差は温度の上昇とともに小さくなる傾向を示した。温度を上昇させながら測定を繰り返したところ、高燃焼度UO$$_{2}$$の熱拡散率は、800Kから1200Kにかけて次第に上昇する傾向を示した。これは照射損傷の回復によるものと推定される。また、試料間で熱拡散率のばらつきが見られたが、これはペレットのミクロ組織(試料密度、金属FP等)の影響であると推定された。測定された熱拡散率は、模擬高燃焼度燃料SIMFUELの値よりやや小さい傾向を示した。また、測定された熱拡散率から評価した熱伝導度の燃焼度による相対的な低下の割合は、ハルデン炉の燃料中心温度測定データからの評価値と良い一致を示した。

論文

Post-irradiation examination of high burnup HBWR fuel rods at JAERI

中村 仁一; 上塚 寛; 河野 信昭; 大枝 悦郎; 助川 友英; 古田 照夫

HPR-345 (Vol. II), 0, 13 Pages, 1995/00

ハルデン炉で最高燃焼度62MWd/kgUまで照射された7本の燃料棒の照射後試験が原研で実施されており、現在までに全ての非破壊試験と一部を除いた大部分の破壊試験が終了した。このうち3本の燃料棒は16年間にわたって照射されており、金相試験で照射初期の高出力時に生じたと推定される顕著な柱状晶の成長と中心孔の形成が観察された。これらの燃料棒のFPガス放出は、製造時の燃料密度より、柱状晶の成長と中心孔の形成に大きな影響を受けていると推定された。ペレットの径方向燃焼度分布測定がマイクロサンプリングした試料の化学分析によりなされ、XMA分析によるPuとNdの径方向分布と良い一致を示した。またペレットの平均燃焼度は出力履歴から推定された燃焼度と良い一致を示した。高燃焼度UO$$_{2}$$の熱拡散率測定データについても報告を行う。

論文

Some investigation on Halden LWR ramp test by FEMAXI-III(PWR version)

中村 仁一; 古田 照夫; 池田 弘幸*; 森 一麻*

HPR-339/13, 22 Pages, 1991/00

FEMAXI-IIIをPWR燃料用に改良したPWR版FEMAXI-IIIコードを用いて、ハルデン軽水炉燃料出力急昇試験についての考察を行った。出力急昇試験データを用いて、当コードの検証を行い、燃焼度20MWd/kgUO$$_{2}$$までの範囲で当コードは、PWR燃料の燃料挙動解析において充分な性能を持つことが示された。また、燃料パラメータについての考察を行い、ペレット形状と燃焼度の効果を明らかにした。このコードを用いてハルデン軽水炉燃料出力急昇試験条件とHBWR条件及びPWR条件での出力急昇時の燃料挙動の比較を行った。その結果、ハルデン軽水炉燃料出力急昇試験では、燃料中心温度、被覆管応力とも、HBWR条件及びPWR条件より小さくなることが明らかとなった。

論文

Experimental plan on irradiated LWR fuels at JAERI

上塚 寛; 中村 仁一; 永瀬 文久; 内田 正明; 古田 照夫

Fuel Performance Experiment and Analysis and Computerised Man-Machine Communication, p.1 - 11, 1990/09

高燃焼度化に伴う燃料特性の変化を調べるために、商用PWRとHBWRで照射した燃料に対する広範な照射後試験計画を立案した。PWR燃料に対するPIEの主要目的は、ペレットの熱伝導特性の変化、ガドリニア添加の化学的効果および燃焼度伸長に伴う被覆管の特性変化についての情報を取得することである。また、PWR燃料はJMTRのBOCAカプセルで再照射し、出力変動や出力急昇時のフィッションガス放出挙動を調べる予定である。HBWRで62MWd/kgUまで照射した燃料に対しては、様々な金相試験を実施すると共に、化学溶解試験と酸素ポテンシャルの測定を行う。

論文

Fuel microstructural analysis of incubation burn-up for fission gas release

柳澤 和章

Journal of Nuclear Science and Technology, 23(2), p.168 - 175, 1986/00

 被引用回数:4 パーセンタイル:50.49(Nuclear Science & Technology)

照射後試験から得た燃料組織の照射による変化についてハルデン計装付燃料体を用いて詳細な解析を行った。特に核分裂ガスの存在によって生じる燃料組織中の結晶粒径気孔の開始点に興味の中心をおいた。結晶粒径気孔開始点における観察を局所温度と燃焼度と相関づけ、得られた結果を定常状態における燃料の熱的ふるまいに関する現行理論と比較した。その結果、ハルデン(HBWR)やその他幾つかのところから得られているFPガス放出に関する現存データベースに解析結果が極めて良く一致することがわかった。またこの方法を用いることにより、時間・経費等極めて大きく消費する低温・長期炉内照射を行わずに目的とするデータが得られることがわかった。更にこの方法によりFPガス放出開始点に関するデータが得られるとの見通しがたてられた。

論文

Fuel densification and swelling; Relationship between burn-up induced asial and radial fuel dimensional changes

柳澤 和章

Nucl.Eng.Des., 96, p.11 - 20, 1986/00

 被引用回数:4 パーセンタイル:50.49

ハルデン炉(HBWR)では、燃料寸法変化の評価に、炉内測定した燃料スタック長を用いて来た。測定では、照射初期に、焼きしまりが生ずるのが観察された。燃料の半径方向の寸法変化を(ギャップメーターで)測定した。最近の照射後試験では、これまで行われて来た軸方向寸法変化の測定結果が、実際に生じている燃料の径方向スウェリングを正確に反映していない事が分った。それは、燃料のスウェリングが主として燃料ペレットの中央部で生じているのに対し、軸方向変形は燃料ペレットの外側部(肩の部分)で生じており、そこではスウェリングが支配的でない為である。この事実を炉内及び照射後試験から測定した燃料軸方向の寸法変化と、半径方向の寸法変化から明らかにした。

報告書

計装付BWR型燃料棒の局所高温化による破損

柳澤 和章

JAERI-M 85-196, 52 Pages, 1985/12

JAERI-M-85-196.pdf:1.43MB

ハルデン炉内に設置したBWR型軽水ループを用いて、燃焼度5.6MWd/kgUまで予備照射した8X8BWR燃料棒を出力急昇したところ、燃料棒の直径が局所的に大きくふくらむPCIとは異なるふるまいを生じ、破損した。この破損原因究明の結果、次の事が明らかになった。(1)燃料被覆の大きな膨らみは、被覆表面の0$$^{o}$$-180$$^{o}$$方向に流線形に生成した高温酸化物であった。(2)局所的な高温化で軟化した被覆材は、冷却対外圧:7MPaにより、ペレット境界面にあるチャンファー(両面取り)空間内へ押しつぶされた。(3)局所的に著しい酸化が生じた所には、計装機器のトランスフォーマーと燃料棒があった。両者の間の冷却材流路面積は僅かであった。この冷却材流量不足は、予備照射中に生じていた燃料棒の曲りにより更に著しくなった。これが、局所的な流路閉鎖とそれによる被覆管の高温化を発生させた原因であると考えられる。

報告書

水炉PWR型燃料棒の炉内バーンアウト破損と取付計装類による破損時の燃料ふるまい解析

柳澤 和章

JAERI-M 84-009, 45 Pages, 1984/02

JAERI-M-84-009.pdf:1.95MB

ハルデン炉内に設置したPWRループ内でベース照射中の17$$times$$17型PWR燃料棒3本がバーンアウトにより破損した。その破損は炉運転中燃料体出力を90KW(20KW/m)から130KW(27KW/m)に増加させた際、ループ冷却材流量弁が開放されず設定流量値3700l/nより32%以上も低い冷却状態が続いた際中に発生した。燃料取付の計装類より得た破損前後の炉内データおよび破損後の炉外外観検査により破損解析を実施した。その結果以下のことが明らかになった。1)バーンアウトは燃料頂部4~7cmの範囲で生じていた。2)破損燃料棒の冷却流量不足中の典型的な冷却条件は圧力15.12MPa、冷却材最高温度346$$^{circ}$$C、流量2716l/nであった。これら条件を用いた熱水力的解析ではこのときの水に蒸気の比は10.5%であった。3)破損燃料棒の内圧は破損時に急激に上昇した。4)燃料が破損したとき、軸方向伸び量の急激な低下があった。非破損の燃料棒ではそれらが観られなかった。

報告書

ジルカロイ-2被覆管の繰り返し応力による疲労破損に関する解析; ハルデン炉(HBWR)におけるPCMI照射実験成果

柳澤 和章; 斉藤 裕明*; 藤田 操

JAERI-M 82-155, 28 Pages, 1982/11

JAERI-M-82-155.pdf:0.86MB

水炉、ジルカロイ被覆燃料棒は炉内照射中、中性子を吸収して脆性化し機械的弾性限を上げる。炉出力変動時、燃料棒は従って弾性的なふるまいをする。本報は炉内直径変化を経時的に18GWd/tUまで測定し、出力変動により発生した弾性的円周方向繰り返し応力と1)被覆管の疲労寿命、2)PCI-SCC破損との関連を調べた予備解析結果である。計算による解析結果によれば、軸力を考慮した棒をO'DONNEL設計曲線で評価した場合、出力変動幅42kw/m、発生弾性応力333MPaのとき、日負荷追従運転による疲労寿命は約8年となった。解析に用いた各燃焼度での棒の計算円周応力とハルデン過出力試験から得た計算円周応力を比較した。比較の結果、軸力考慮の棒は非破壊域にあった。最近の照射後試験の結果、棒は健全であった事が判明した。炉内では局所的に大きな弾性変形が出力の変動の席毎に発生したが、照射後試験ではその寸法変化が殆んど検出されなかった。

報告書

IFA-508(I)データー解析速報,2; 燃料棒の直径変形,照射期間:1977年6月~7月,到達燃焼度:70MWd/tUO$$_{2}$$

柳澤 和章

JAERI-M 7711, 52 Pages, 1978/06

JAERI-M-7711.pdf:1.79MB

国産燃料体のHBWRにおける照射実験結果の解析を速報である。主に被覆管の直径変化について報告する。解析の対象となった照射期間は1977年6月-7月、到達燃焼度は70MWd/Tuo$$_{2}$$である。得た結果は下記の通りである。(1)被覆管にうねりが発生した。(2)リッジDr、サブリッジDsおよび谷の径Dtを定義した。(3)Drは出力の増加と共に増加した。燃料棒のギャップと被覆管肉厚の違いによってDr、DsおよびDtにも挙動の相違がみられた。(4)薄肉小ギャップ棒の最高出力(500W/cm)での最大歪はDr値で0.2%、永久 歪は0.13%であったが厚肉小ギャップ棒の最高出力(500W/cm)での最大歪はDr値で0.14%、永久歪は0.05%であった。(5)Dr値は燃料棒の底部、中央部および頂部で異なった。これにはサブリッジDsの効果が大きいことがわかった。(6)高出力保持中の緩和では薄肉管と厚肉管の差がみられた。径歪と軸歪との相関は薄肉管ではよく一致したが厚肉管ではなかった。径方向の変形様式はよく似ていた。(7)FEMAXIコードは比較的よく実験値と一致した。

報告書

IFA-508および515の照射実験計画とIFA-508に関するデータ速報

柳澤 和章

JAERI-M 7530, 70 Pages, 1978/02

JAERI-M-7530.pdf:1.76MB

原研では1967年以来国際協力の一環としてOECDハルデンプロジェクト(ノルウェー)に加盟している。当研究室ではハルデン炉(HBWR)のもつ優秀な炉設計装装置を利用して燃料棒中のペレット-被覆管の相互作用(Pellet-Clad Interaction;PCI)の挙動解析のために直径測定用のリブを準備した。現在それを用いた照射がHBWRにおいて進行中であるが、本論ではHBWRによる照射実験計画について述べるとともに、1977年6月~8月までのIFA-508(I)についてのデータを速報する。

報告書

IFA-508(I)データ解析速報,No.1; 燃料棒の伸びと中心温度,照射期間:1977年6月~8月,到達燃焼度:1600MWd/tUO$$_{2}$$

柳澤 和章; 内田 正明

JAERI-M 7520, 29 Pages, 1978/02

JAERI-M-7520.pdf:0.76MB

国産燃料のHBWRにおける照射実験結果の解析速報である。主に燃料棒の伸びと中心温度について報告する。照射機関は1977年6月-8月、到達燃焼度は1600MWd/tUO$$_{2}$$である。

論文

Profiles of activity ratios of fission products, cesium-134,cesium-137 and ruthenium-106 in low-enriched PuO$$_{2}$$-UO$$_{2}$$ fuel assemblies

鶴田 晴通; 須崎 武則; 松浦 祥次郎

Journal of Nuclear Science and Technology, 14(1), p.43 - 53, 1977/01

 被引用回数:4

照射済PuO$$_{2}$$-UO$$_{2}$$燃料集合体内の核分裂生成物の分布を、Ge(Li)検出器を用いた$$gamma$$線スペクトロスコピ法によって非破壊的に測定した。PuO$$_{2}$$-UO$$_{2}$$燃料の場合について、$$^{1}$$$$^{3}$$$$^{7}$$Cs強度と$$^{1}$$$$^{3}$$$$^{4}$$Cs/$$^{1}$$$$^{3}$$$$^{7}$$Cs強度比の間に比例関係のあることを確証した。$$^{1}$$$$^{0}$$$$^{6}$$Ru/$$^{1}$$$$^{3}$$$$^{7}$$Cs比の分布は集合体内でほとんど一定であり、この比は照射済燃料がPuまたはUであったかを識別するための良い指標になることを示した。

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