原子力科学・発電技術ジャーナル

FRAPCON を用いた燃焼延長による燃料棒性能へのリム構造の影響

ユ・ジャンゴ、チャン・ホンビン

軽水炉（LWR）の認可燃料燃焼限度の延長は、原子力発電所の商業的競争力を高める最も有望な方法の1つです。高燃焼の利点には、保守および燃料サイクルコストの削減、燃料交換作業の減少による高い稼働率の実現、および生産エネルギーに対して標準化された使用済み燃料の排出量の削減などがあります。ただし、高燃焼燃料を使用した燃料棒の健全性を確保するには、解決すべき問題がまだいくつかあります。たとえば、高燃焼構造（HBS）またはリム構造の形成は、LWRでの燃焼延長に伴う炉内ペレットの縁部における最も重要な再構築プロセスである可能性があり、HBSが燃料の熱物理的または機械的特性に与える影響は、燃焼延長の実施を成功させるための重要な要件です。HBSが同時に燃料の熱的および機械的特性に影響を与えることを裏付ける独立した実験的証拠があります。しかし、そのようなHBSが燃料の熱物理的または機械的特性にどのように影響するかはまだ十分に理解されていません。本研究では、通常の運転条件下で、HBS 形成が燃料棒の核分裂ガス挙動に与える影響を評価しました。燃料性能コード FRAPCON-4.0 を使用して、FRAPFGR モデルを介して HBS 形成あり、および Massih モデルを介してリム構造なしの通常運転条件下での全長燃料棒の核分裂ガス関連特性をシミュレートしました。燃焼が現在の制限の 62 GWd/MTU から提案されている新しい制限の 75 GWd/MTU まで拡張すると、平坦な出力履歴プロファイルで HBS 効果が考慮されていない場合、プレナム圧力と核分裂ガス放出はわずかに増加するだけであることがわかりました。ただし、出力履歴プロファイルのピーキング係数が高く、HBS 形成の寄与が考慮される場合、増加はより顕著になります。NPP の運転では、燃焼拡張の利点を実現できるように燃料棒の完全性を確保するために、半径方向と軸方向の両方で出力履歴プロファイルを可能な限り平坦に保つことが推奨されます。