燃料安全研究グループ

燃料挙動解析コードの開発研究

本研究グループでは、反応度事故が起こったときの燃料のふるまいを予測・評価するため、反応度事故時燃料挙動解析コードRANNSを開発しています。RANNSコードの解析対象は、燃料ペレットと被覆管から成る燃料セグメント部、燃料棒上下端のプレナム部で構成される1本の燃料棒です(図9)。これをリング要素の集合としてモデル化し、熱的解析と力学解析を連成して行うことにより、燃料棒の温度、内圧、変形(応力歪み)を評価します。RANNSコードを用いた解析により、 NSRR実験時のペレット内の熱応力の変化と熱膨張、それによって生じたPCMIにおける被覆管の応力歪みと温度変化、それらを含めた燃料破損条件などを明らかにしてきました。

燃焼が進んだ燃料の事故時のふるまいを精度良く評価する上では、原子炉内での中性子照射によってその燃料の状態がどのような変化を辿り、その結果事故直前にはどんな状態であったかを把握することも必要になります。これがRANNSコードの予測を決定づける重要な初期条件となります。そこで、通常運転時の燃料ふるまいを予測・評価するためのコードFEMAXI-8も併せて開発しています。FEMAXI-8については、原子力機構のコンピュータプログラムなどの検索システム「PRODAS」を通して無償公開しており、機構外でも燃料ふるまいの研究や新しい燃料の設計・開発に利用されています。また現在、冷却材喪失事故時や設計基準事故を超える条件における燃料ふるまいを対象としたモデル開発も進めています。

図9
図9:燃料棒の内部で生じる現象とFEMAXI/RANNSコードでのモデル化

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