Effects of azimuthal temperature distribution and rod internal gas energy on ballooning deformation and rupture opening formation of a 17 17 type PWR fuel cladding tube under LOCA-simulated burst conditions

古本 健一郎; 宇田川 豊

Journal of Nuclear Science and Technology, 60(5), p.500 - 511, 2023/05

https://doi.org/10.1080/00223131.2022.2116497

In order to contribute to better modeling and evaluation of fuel fragmentation, relocation, and dispersal expected under loss of coolant accident (LOCA) conditions, LOCA-simulated cladding burst experiments were performed on as-received nonirradiated 17 17 type Zircaloy-4 cladding specimens that were internally pressurized. The experiments were designed to terminate at burst occurrence to focus on ballooning and rupture opening formation and to investigate the effects of various factors. The postburst cladding hoop strain decreased with the increase in azimuthal temperature distribution (ATD) of the cladding, as found previously. The rupture opening size increased with the increase in ATD and the increase in energy of the pressurized gas stored inside the pressure boundary of the test sample system. Comparison with the existing database, which included tests on irradiated rods containing fuel pellets, suggested that formation of the rupture opening was influenced by the characteristic behavior of high burnup fuels, such as limited gas migration in the cladding tube due to fuel-cladding bonding and interaction of the ejected fuel fragments with the cladding tube.

核融合装置二重壁真空容器設計の合理化と実用化に関する研究

中平 昌隆

JAERI-Research 2005-030, 182 Pages, 2005/09

JAERI-Research-2005-030.pdf:12.57MB

ITERの真空容器は供用中非破壊検査が困難なため、全く新しい安全確保の考え方を構築する必要がある。また、二重壁構造の閉止溶接の裏側へのアクセスが不可能であるため、従来の構造技術基準では対応できない。さらに高さ10m以上の大型構造体であるが5mm以下の高精度で製作する必要があり、複雑形状で大型なため合理的な溶接変形予測手法を構築する必要がある。本研究では、微小な水リークによる核融合反応停止という性質に着目し、トカマク型の核融合装置が反応停止にかかわる固有の安全性を有することを証明した。これにより、安全性を損なわず供用中非破壊検査が不要とする大幅な合理化の提案ができた。また、二重壁構造を合理的に構築する部分溶込みT字溶接継手を提案し、継手強度並びにすきま腐食感受性を定量的に把握し受容性を確認した。さらに、合理的な溶接変形予測手法を提案するとともに、実大での溶接試験結果と比較してその有効性を確認し、大型の複雑形状を持つ溶接構造物の溶接変形を簡易的に、かつ十分な精度で評価できる手法を提案した。

Structural safety assessment of a tokamak-type fusion facility for a through crack to cause cooling water leakage and plasma disruption

中平 昌隆

Journal of Nuclear Science and Technology, 41(2), p.226 - 234, 2004/02

https://doi.org/10.3327/jnst.41.226

トカマク型核融合装置は、プラズマ停止に関し固有の安全性があるとされる。水リークにより、プラズマが安全停止することもあるが、プラズマディスラプションが生じる可能性もあり、この時真空容器に電磁力が作用する。真空容器はトリチウムと放射化ダストを内包する放射性安全上の物理障壁である。貫通き裂から水リークが発生し、生じた電磁力に対して真空容器が不安定破壊を起こさなければ、構造安全性が確保され、固有の安全性を証明できる。よって構造安全性を確保する系統的手法の開発を行った。まず貫通き裂と水リークの解析モデルを構築し、実験的に検証した。本モデルによりプラズマを停止させる貫通き裂長さは、約2mmと算出し、不安定破壊を起こすき裂長さは約400mmと評価した。したがってプラズマ停止を起こす貫通き裂により真空容器が不安定破壊することはないと結論づけられ、固有の安全性を証明した。

Neutronics integral experiments of annular blanket system simulating tokamak reactor configuration

今野 力; 大山 幸夫; 前川 藤夫; 池田 裕二郎; 小迫 和明*; 前川 洋; M.A.Abdou*; Bennett, E. F.*; A.Kumar*; M.Z.Youssef*

Fusion Technology, 28(2), p.347 - 365, 1995/09

核融合炉ブランケット中性子工学に関する原研/米国DOE共同研究の第3段階として、疑似線状線源を用いた円環ブランケットに関する中性子工学実験を行った。酸化リチウムと炭酸リチウムから成る長さ2mの円環ブランケットの中心にD-T中性子源を設置し、円環ブランケットを2mの範囲で動かすことにより線状線源を模擬した。円環ブランケットの特性、グラファイトアーマー及び大口径ダクトの影響を調べるため、3つの実験体系で実験を行った。今回の実験のために開発された測定時間を短縮する方法(多検出器法、荷重関数法、連続高圧変化法)を用いて、トリチウム生成率、中性子スペクトル、放射化反応率を測定し、それぞれの体系の特性を明らかにした。また、JENDL-3を用いたGMVPによる解析から、点状線源の場合と同様に、10%以内で実験を再現できることがわかった。

PWR thermal-hydraulic phenomena following loss of residual heat removal(RHR) during mid-loop operation

中村 秀夫; 久木田 豊

Int. Conf. on New Trends in Nulear System Thermohydraulics,Vol. 1, 0, p.77 - 86, 1994/00

加圧水型原子炉(PWR)停止時に炉心を冷却する余熱除去(RHR)系が、1次系水位を水平配管付近に低下して行われるミッドループ運転中、何らかの原因で停止する事象について、ROSA-V/LSTF装置を用いて模擬実験を行った。本事象発生時には、空気等の非凝縮性気体が気相部を満たしている為、高圧の炉運転時に発生する冷却材喪失事故(LOCA)とは異なる複雑な熱水力現象が予想される。また、炉停止時にはECCSや主要な計測器が使用できない場合がある。実験は、1次系圧力境界に作業用開口部を仮定した場合を含めて7回行い、炉心内冷却材の沸騰開始までの時間余裕、その後の圧力上昇、蒸気移動、主冷却材分布及び炉心露出といった主要な熱水力現象に対する、非凝縮性気体、作業用開口部の有無や位置及び蒸気発生器2次側冷却材等の影響を明らかにした。本報告は、これらの結果をまとめたものである。

高温クリープ・疲労重畳条件下におけるNi基合金切欠き材のき裂発生と成長挙動

菊地 賢司; 横堀 寿光*; 二川 正敏; 武藤 康

日本機械学会論文集,A, 52(477), p.1228 - 1231, 1986/00

高温クリープ・疲労相互作用による破壊モードを考慮すべき高温部材にVHTRの高温機器要素がある。そこで、高温配管や中間熱交換器に使用されるNi基耐熱合金を用いて、切欠きから発生・成長するき裂の挙動に及ぼす応力保持時間の効果を検討した。その結果、無次元き裂発生寿命は(保持時間)/(上昇時間)≧10で高温クリープの値と一致した。また、保持時間が50S以上の場合、き裂成長速度は切欠き開口変位速度と対応することなどが明らかとなった。