Performance of Alloy M5® Cladding and Structure at Burnups beyond the Current Licensing Limit in U.S. Reactors
Comportement des gaines et composants de structure en M5® à des taux de combustion supérieurs à celui actuellement licencié aux USA pour les REP
1
AREVA NP Inc. (United States)
2
AREVA NP SAS (France)
Achieving PWR fuel assembly burnups beyond currently licensed limits requires improved corrosion resistance as well as improvements in irradiation induced growth and creep. Over the last several years since the licensing of alloy M5 for general use in the U.S., the performance of M5 cladding and structural components in over 45 PWR's world wide (including 12 in the U.S.) has been well documented in the literature [1-5]. The subject of this paper is the performance of the alloy at burnups beyond currently licensed.
In 1995, four fuel assemblies containing M5 fuel rod cladding began a demonstration program in a 15x15 U.S. reactor that would result in several fuel rods achieving a peak rod burnup of greater than 68 GWd/tU in four, 24-month operational cycles. In 1997, four advanced 17x17 lead assemblies with all M5 fuel rod cladding and guide tubes were introduced into a higher duty U.S. PWR for 3 cycles with a fourth lead assembly achieving a peak rod burnup of greater than 70GWd/tU in four, 18-month operational cycles.
Reactor poolside and hot cell post irradiation examinations (PIE) of fuel rods and guide tubes from these two high burnup demonstrations began in 2005 with some examinations continuing into 2006-07. The results of examinations performed to date confirm the excellent inreactor behavior of alloy M5 observed in European reactors with similar burnups but varying (lower and higher) duty indices.
Résumé
L'utilisation d'assemblages REP au-delà de leur taux de combustion maximal licencié nécessite de disposer d'un matériau pour tubes de gainage et éléments de structure présentant des gains en termes de résistance à la corrosion, de fluage et de grandissement sous irradiation. Depuis l'obtention du licensing générique de l'alliage M5 aux USA en 2000, les performances en réacteur de puissance des tubes de gainage et des éléments de structure en M5 irradiés dans plus de 45 REP dans le monde entier (incluant 12 réacteurs aux USA) ont été largement documentés dans la littérature [1 -5]. L'objet de cet article est de décrire les performances du M5 à des taux de combustion supérieurs à celui actuellement licencié.
En 1995, quatre assemblages contenant des crayons combustible équipés de tubes de gainage M5 ont débuté leur programme de démonstration dans un réacteur 15x15 américain. Dans ces assemblages, plusieurs crayons combustible irradiés quatre cycles longs de 24 mois ont atteint un taux de combustion crayon maximal supérieur à 68 GWd/tU. En 1997, quatre assemblages de démonstration équipés de crayons combustible et de tube-guides en M5 ont été introduits dans un réacteur US sollicitant de géométrie17x17. Ces quatre assemblages ont été irradiés trois cycles d'irradiation de 18 mois, et l'un d'entre eux a atteint au cours de son quatrième cycle un taux de combustion crayon supérieur à 70GWd/tU.
Les examens sur site et en cellules chaudes de crayons et tubes-guides provenant de ces deux programmes de démonstration ont commencé en 2005 et se sont poursuivis en 2006 et 2007. Les résultats acquis à ce jour confirment l'excellent comportement en réacteur de l'alliage M5 tel qu'observé dans des réacteurs européens à des taux de combustion similaires mais pour des conditions d'irradiation plus ou moins sévères par rapport à celles expérimentées aux USA.
© SFEN 2007