図5-1　 運転中のHTTR初装荷燃料の挙動予測 製造時にSiC層に亀裂のある燃料粒子及び健全な燃料粒子が、照射とともにPyC層が破損し、貫通破損に至る確率を示しています。健全な粒子では、最高燃焼度33GWd/tでもほとんど破損が起らないと予測できます。さらに、この図のSiC層破損粒子の確率から導かれるFPガス濃度を基準に、運転時の冷却ガス中の放射能濃度を監視することによって、燃料挙動の異常を検知できます。

図5-2　 高燃焼度用燃料の開発 燃料核に接している低密度炭素層（バッファー層）及びSiC層を厚くするように設計した高燃焼度用燃料では、貫通破損に至るまでの寿命（燃焼度）が初装荷燃料の場合の約1.8倍と増加します。これは、バッファー層を厚くすることによりFPガスの閉じ込め能力が増し、内圧の上昇を抑制するとともに、SiC層の強度が増大することに起因します。

1997年12月臨界予定の高温工学試験研究炉（HTTR）用燃料について、多岐にわたって研究開発が行われています。被覆燃料粒子では、内外の熱分解炭素（PyC）及び中間の炭化珪素（SiC）の三重の被覆層が軽水炉燃料の被覆管の役目を果たしています。炉に装荷される9億個の燃料粒子について、被覆層の破損確率を予測することは極めて重要です。 　従来の破損モデルでは、SiC層の破損挙動のみを捉え、この層が破損すれば貫通破損し、核分裂生成（FP）ガスが放出するとしていましたが、照射試験結果を反映していません。そこで、SiC層の破損のみではFPガス放出には至らず、たとえ製造時にSiC層に亀裂があっても、稼働中に内外層のPyCに破損が発生したとき、はじめて貫通破損に至るという新モデルを構築しました。これによって、図5-1、5-2に示すように初装荷燃料及び将来の高燃焼度用燃料の寿命を、より実際に即して予測することができます。また、高燃焼度用燃料開発の有用な道具になっています。

参考文献 K. Sawa et al., Development of a Coated Fuel Particle Failure Model under High Burnup Irradiation, J. Nucl. Sci. Technol., 33(9), 712 (1996).

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