スーパー軽水炉の燃料挙動解析および燃料健全性基準の合理化

2005 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17560741
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 石渡 祐樹 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (10334319)
• キーワード: スーパー軽水炉 / 被覆管表面最高温度 / 燃料挙動解析 / 通常時運転時のふるまい / 異常過渡時のふるまい

研究概要

本研究の目的は、スーパー軽水炉(超臨界圧軽水炉)の燃焼や過渡変化に伴う詳細な燃料挙動解析を行い、その安全上の特徴をふまえた通常運転時および異常過渡時の合理的な燃料健全性基準を開発することである。
平成17年度はまず、日本原子力研究所で開発された軽水炉燃料解析コードFEMAXI-6をスーパー軽水炉の条件(高温・高圧、短い過渡変化)で解析できるように計算オプションやパラメータを適切に設定した。
次に、通常運転時の最高温度・最高出力チャンネルの解析を行うために、先行研究で設計された炉心の通常運転時被覆管表面最高温度をサブチャンネル解析および統計的熱水力設計で評価した。この結果得られた被覆管表面最高温度を評価条件として、スーパー軽水炉の通常運転時の燃料のふるまいを解析した。燃料棒の軸方向出力分布は燃焼が進むにつれて下部ピークから上部ピークへと移行するため燃料ペレット中心温度はサイクル末期にかけて上昇すること、FPガスの放出率は第2サイクル以降ほぼ一定で推移すること、FPガス放出に伴ってプレナム圧力は燃焼度に対してほぼ線形に上昇すること、ペレットの外径は燃焼度の増大によるスエリングおよび熱膨張によって増大すること、PCMIによる被覆管外径の変化量は熱膨張による変化量と比較して小さいこと等を明らかにした。
次に、先行研究の安全解析結果を基に、スーパー軽水炉の異常過渡時の燃料のふるまいを解析した。過出力型事象では燃料温度の上昇およびPCMIが、冷却低下型事象では温度上昇による被覆管の座屈が燃料健全性上重要であることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Development of Statistical Thermal Design Procedure to Evaluate Engineering Uncertainty of Super LWR (2006)
  • 著者名/発表者名: J.Yang, Y.Oka, J.Liu, Y.Ishiwatari, A.Yamaji
  • 雑誌名: J.Nucl.Sci.Technol. 42・11 ページ: 32
• [雑誌論文] Development on Statistical Thermal Design Procedure for Super LWR (2005)
  • 著者名/発表者名: J.Yang, Y.Oka, J.Liu, Y.Ishiwatari, A.Yamaji
  • 雑誌名: Proc.GLOBAL 2005, Tsukuba, Japan, Oct.9-13, 2005 ページ: No.555
• [雑誌論文] Design and Integrity Analyses of the Super LWR Fuel Rod (2005)
  • 著者名/発表者名: A.Yamaji, Y.Oka, J.Yang, J.Liu, Y.Ishiwatari, S.Koshizuka
  • 雑誌名: Proc.GLOBAL 2005, Tsukuba, Japan, Oct.9-13, 2005 ページ: No.556
• [雑誌論文] Evaluation of the Nominal Peak Cladding Surface Temperature of the Super LWR with Subchannel Analyses (2005)
  • 著者名/発表者名: A.Yamaji, T.Tanabe, Y.Oka, J.Yang, J.Liu, Y.Ishiwatari, S.Koshizuka
  • 雑誌名: Proc.GLOBAL 2005, Tsukuba, Japan, Oct.9-13, 2005 ページ: No.557