「常陽」MK-II制御棒の開発と使用実績の評価

• Material Type: 文書・図像類
• Title: 「常陽」MK-II制御棒の開発と使用実績の評価
• Author/Editor: 宮川 俊一; 高津戸 裕司; 曾我 知則
• Author Heading: 宮川 俊一; 高津戸 裕司; 曾我 知則
• Publication Date: 1997-07
• Publication Date (W3CDTF): 1997-07
• Alternative Title: Development and the results for the control rods in MK-II core of experimental fast reactor JOYO
• Periodical title: PNC TN9410 97-068
• Text Language Code: jpn
• Target Audience: 一般
• Note (General): 「常陽」MKII制御棒は、当初の設計から約20年経過した現在までに、44体の制御棒が主として寿命延長を目的とした種々の改良を経て製作され、このうち34体がその使用を終え、そのうちの16体の照射後試験(以下PIE)がほぼ完了している。これらの使用実績とPIE結果に基づく評価から、次のような知見が得られた。(1)「常陽」MK-I制御棒は密封型であったため、制御棒の寿命はBの10乗の(n,$\alpha$)反応によって制御棒要素内に蓄積するHeガスの圧力のために短く制限されていた。このためMKII炉心用の制御棒では、Heガスの制御棒要素外排出が可能で簡素な構造のダイビングベル方式のベント型を採用し、その有効性と信頼性を確認した。(2)MKII炉心では6本の制御棒全てにスクラム機能と出力抑制機能を持たせた設計としたため、地震時のスクラム機能確保と流力振動による炉出力振動防止の両立が必要になった。その解決策として、制御棒の下部に流力振動防止用の突起状の流力振動防止機構を設け、さらに突起の段数や形状を改良し、それらの両立性を確認した。(3)スクラム緩衝機構である制御棒下端部のダッシュラムは、原子炉運転中はほぼ炉心中心面に位置して高速中性子の照射量が非常に大きく、ダッシュラムのスエリングによる下部案内管の同緩衝機構の受け側との干渉が問題となった。これを解決するため、ダッシュラムの構造を中空として20\%冷間加工を施す等の耐スエリング対策を確立し、長期使用条件下におけるスクラム緩衝機構での干渉の課題を克服した。(4)中性子吸収体(B4Cペレット)と被覆管との機械的相互作用(Absorber-Cladding-Mechanical-Interaction:以下ACMIと称す)は、制御棒の寿命制限因子として現在も世界的に最も注目されているテーマである。「常陽」制御棒の使用実績とPIEの評価によって、ACMIはB4Cペレット破片の再配置(リロケーション)により加速されること、それによるACMIの開始燃焼度は5$\sim$45$\times$10の26乗cap/m3乗と大きくばらつくことなどのメカニズムの詳細を把握し、より合理的な設計基準を明らかにすることができた。この設計基準に従い、従来型の制御棒の経験的な燃焼度管理法の妥当性、リロケーション防止の簡易対策(シュラウド管つきHeボンド型制御棒)の効果、さらにACMI吸収のため; Since the first control rod design for the Joyo Mk-II core (about twenty years ago), there have been several challenging improvements; for example, a helium venting mechanism and a flow induced vibration prevention mechanism. Forty-four control rods with these various modifications have been fabricated. To date, thirty-four have been irradiated and the sixteen have been examined, This experience and effort has produced fruitful results: (1)Efficiency and reliability of the diving-bell type Helium venting mechanism (2)Efficiency of the flow induced vibration prevention mechanism (3)Efficiency of the improvement for scram damping mechanism (4)Clarification of absorvber-pellet-cladding-mechanical-interaction (ACMI)phenomena and preventive methods The fourth result listed above has been a subject of investigation for fifteen years in several countries, that is a main phenomena to dominate control rod life time. The results of this investigation of ACMI in absorber elements are summarized below: (a)In five of Joyo Mk-II control rods, cladding cracks were found in fifteen of the elements. These cracks were caused by a acceleration ACMI, due to B$_{4}$C fragments relocation. They occurred over a wide burnup range from 5E+26 Cap./m$^{3}$ to 45E+26Cap./m$^{3}$ in a nearly typical provability distribution. The cladding cracked because of its low ductility (approximately 1/4 lower than the uniform elongation of usual tensile testing for irradiated 316SS cladding) due to neutron irradiation and the ultra slow ACMI induced strain rate. (b)In this case the crack growth rate is extremely slow and the ACMI induced cracking in absorber elements do not influence either the reactor or plant operations. It is on this basis that a strict limitation to avoid the cladding crack is not necessary. According1y, it is suggested that a realistic design standard should consider the ACMI phenomena and the burnup limit be based on the nominal base calculation for average plastic strain use ...
• Source: /PNC-TN9410-97-068.pdf （fulltext）; https://jopss.jaea.go.jp/pdfdata/PNC-TN9410-97-068.pdf
• Access Restrictions: 限定公開
• Data Provider (Database): 国立情報学研究所 : 学術機関リポジトリデータベース（IRDB）（機関リポジトリ）; https://irdb.nii.ac.jp
• Original Data Provider (Database): 日本原子力研究開発機構 : JOPSS:JAEA Originated Papers Searching System

• Summary, etc.: 「常陽」MKII制御棒は、当初の設計から約20年経過した現在までに、44体の制御棒が主として寿命延長を目的とした種々の改良を経て製作され、このうち34体がその使用を終え、そのうちの16体の照射後試験(以下PIE)がほぼ完了している。これらの使用実績とPIE結果に基づく評価から、次のような知見が得られ...