資料Ｎｏ．１－２

高浜発電所第３、４号機用ウラン・プルトニウム混合酸化物（ＭＯＸ）燃料に係る輸入燃料体検査申請書の概要について

平成２０年１１月１０日
関西電力株式会社

目次

１．はじめに

１２．本文

１３．添付書類一「燃料体の耐熱性、耐放射線性、耐腐食性その他の性能に関する説明書」

２

４．添付書類二「燃料体（燃料要素の集合体である燃料体にあっては、燃料要素）の強度計算書」

２

５．添付書類三「燃料体の構造図」

６６．添付書類四「加工のフローシート」

６

７．添付書類五「燃料材、燃料被覆材その他の部品の組成、構造、強度等に関する試験の計画に関する資料」

８

８．添付書類六「品質保証の計画に関する説明書」

９

１．はじめに
当社は、電気事業法第５１条第３項に基づき、輸入ＭＯＸ燃料体について検査を受検するため、平成２０年１１月１０日に経済産業省に輸入燃料体検査申請を行った。
以下に、本輸入燃料体検査申請書の概要を示す。

２．本文
申請書本文の主な記載事項を表２－１に示す。
表２－１
燃料の種類

申請書本文の主な記載事項
ウラン・プルトニウム混合酸化物

燃焼率

燃料体最高 45,000MWd/t

燃料材、燃料被覆材、その他の部品の種類

燃料材
ウラン・プルトニウム混合酸化物焼結ペレット＊
燃料被覆材
Sn-Fe-Cr 系ジルコニウム合金（ジルカロイ－４）
支持格子
耐食耐熱ニッケル基合金
上部・下部ノズル ステンレス鋼鋳鋼

燃料体の構造燃料体の寸法 全長 4035.5mm
断面寸法(最大) 214.3mm×214.3mm
燃料棒の寸法 全長 3852.0mm
燃料棒の数量 燃料体当たり 264 本

燃料体の個数

高浜発電所第３号機向け 8 体
高浜発電所第４号機向け 8 体

燃料体の製造者および所在地

メロックス社 フランス国シュスラン

燃料体を使用する発電所の名称、原子炉の型式

発電所 高浜発電所型 式 濃縮ウラン燃料、ウラン・プルトニウム混合酸化物燃料
軽水減速、軽水冷却、加圧水型

検査希望年月日および場所

平成 20 年 11 月 10 日～平成 22 年 12 月 31 日原子力事業本部および高浜発電所＊以下、「ＭＯＸペレット」という。

1３．添付書類一「燃料体の耐熱性、耐放射線性、耐腐食性その他の性能に関する説明書」
燃料集合体に使用されるＭＯＸペレットの耐熱性、耐放射線性、耐腐食性について述べる。
(1) ＭＯＸペレットの耐熱性
ＭＯＸペレットの溶融点は二酸化プルトニウムの添加により二酸化ウランペレットに比べて低下するが、原子炉でのＭＯＸペレットの最高温度は、ＭＯＸペレットの溶融点より十分低い温度である。
(2) ＭＯＸペレットの耐放射線性
ＭＯＸペレットのプルトニウムの均一度が低い場合、プルトニウム濃度の高い部分で局所的に燃焼度が高くなるため、核分裂生成ガス放出率が高くなる。
メロックス社で製造されるＭＯＸペレットはプルトニウムの均一度が高いため、核分裂生成ガスの放出率は二酸化ウランペレットと同程度であるが、設計上は保守的に二酸化ウランペレットよりも大きいものとしている。
(3) ＭＯＸペレットの耐腐食性
核分裂により生じた余剰酸素による被覆管内面酸化膜厚さは、ウラン燃料と同程度であることが確認されている。
燃料棒内に加圧封入されるヘリウムガスは不活性ガスであり、ＭＯＸペレットと反応することはない。
また、ＭＯＸペレットとステンレス鋼製の上部プレナムコイルばねおよび下部プレナムコイルばねの押さえ板は接触しているが、国内外の照射実績より、ＭＯＸペレットとステンレス鋼は安定に共存することが確認されている。

４．添付書類二「燃料体（燃料要素の集合体である燃料体にあっては、燃料要素）の強度計算書」
通常運転時および運転時の異常な過渡変化時、輸送時、取扱い時、ならびに地震時における強度計算が適切に行われていることを示す。
(1) ＭＯＸ燃料棒の強度計算
ＭＯＸ燃料棒について、通常運転時および運転時の異常な過渡変化において、以下に示すように設計基準を満足することを確認している。
項 目①

ペレット中心温度

設計基準

評価結果

ＭＯＸペレットの溶融点（2,510℃）未満であること。

約 2,220℃

2項 目

設計基準

設計比②

燃料棒内圧

通常運転時において被覆管の外向きのクリープ変形によりＭＯＸペレットと被覆管のギャップが増加する圧力を超えないこと。

0.85③被覆管歪円周方向引張歪の変化量は各過渡変化に対して1%以下であること。

0.44④被覆管応力

ジルカロイ－4 の耐力以下であること。

0.89⑤被覆管疲労

累積疲労サイクルは、設計疲労寿命以下となる設計とする。

0.23※設計比とは、評価値÷設計基準値であり、1 未満であれば基準を満足する。

(2) 燃料集合体の強度計算①輸送時および取扱時における強度評価
常温状態における燃料輸送時および取扱時に燃料集合体に加わる荷重を６Ｇと設定し、構成部分がこの荷重に対して十分な強度を有していることを確認している。
構成部分
上部ノズル
下部ノズル

設計基準

設計比

ASME SecⅢに基づいて設定された設計応力強さ0.800.80

制御棒案内シンブル

0.2% 耐力の 2/3 あるいは引張強さの 1/3 のいずれか小さい方

0.86

支持格子－制御棒案内シンブル結合部

結合部の荷重変位曲線の弾性限界0.68※設計比とは、評価値÷設計基準値であり、1 未満であれば基準を満足する。

ＭＯＸ新燃料集合体は、輸送中に高温となり強度が低下することから、高温状態の燃料輸送および取扱時の荷重を４Ｇと制限し、構成部分がこの荷重に対して十分な強度を有していることを確認している。
構成部分
上部ノズル
下部ノズル

設計基準

設計比

ASME SecⅢに基づいて設定された設計応力強さ0.530.62

制御棒案内シンブル

0.2% 耐力の 2/3 あるいは引張強さの 1/3 のいずれか小さい方

0.94

支持格子－制御棒案内シンブル結合部

結合部の荷重変位曲線の弾性限界0.45※設計比とは、評価値÷設計基準値であり、1 未満であれば基準を満足する。

3

②通常運転時および運転時の異常な過渡変化時における強度評価
a. 上部および下部ノズル
制御棒落下時の衝撃力が許容値以下であることを確認している。
構成部分
上部ノズル
下部ノズル

設計基準

設計比

ASME SecⅢに基づいて設定された設計応力強さ0.300.15※設計比とは、評価値÷設計基準値であり、1 未満であれば基準を満足する。

b. 上部ノズル押えばね
通常運転時に燃料集合体が浮き上がらないこと、および一次冷却材ポンプオーバースピード時に上部ノズル押さえばねの健全性が損なわれないことを確認している。
条 件

設計基準

設計比

評0.49

浮き上がらない。

低温起動時

通常運転時に燃料集合体が浮き上がらないこと

0.60

浮き上がらない。

一次冷却材ポンプ
オーバースピード時

上部ノズル押さえばねの健全性が損なわれないこと－浮き上がる。
ただし、上部ノズル押えばねは塑性変形しない。

高温全出力時価※設計比とは、ばね力に対するばね力として必要な力の比である。

c. 制御棒案内シンブル
通常運転時および制御棒落下時に制御棒案内シンブルに発生する応力が許容値以下であることを確認している。
条 件

設計基準

設計比

通常運転時

0.2%耐力の 2/3 あるいは引張強さの 1/3 のいずれか小さい方

0.13（0.14）

制御棒落下時

上記の 1.5 倍（0.48）※設計比とは、評価値÷設計基準値であり、1 未満であれば基準を満足する。
（ ）内は制御棒案内シンブル細径部（以下「ダッシュポット部」という）応力③地震時における強度評価
a. 設計用最強地震時において、制御棒案内シンブルおよび支持格子に発生する応力が許容値以下であることを確認している。
構成部材

設計基準

設計比

備

考

制御棒案内シンブル

0.2%耐力の 2/3 あるいは引張強さの 1/3 のいずれか小さい方の2.25 倍

0.34（0.33）－

支持格子支持格子に生じる永久変形が制御棒挿入に支障のない範囲であること－

最大衝撃力は弾性限界荷重以下※設計比とは、評価値÷設計基準値であり、1 未満であれば基準を満足する。
（ ）内はダッシュポット部応力4b. 設計用限界地震時において、制御棒の挿入性が確保されること、および崩壊熱除去可能な形状が維持されることを確認している。
構成部材

設計基準

設計比

備

考

被覆管

崩壊熱除去可能な形状が維持されること

0.28

－

制御棒案内シンブル制御棒の挿入性が確保されること

0.36（0.34）

－

支持格子

崩壊熱除去可能な形状が維持されること－

最大衝撃力は弾性限界荷重以下※設計比とは、評価値÷設計基準値であり、1 未満であれば基準を満足する。
（ ）内はダッシュポット部応力5５．添付書類三「燃料体の構造図」
ＭＯＸ燃料の構造図を図５－１に示す。

高プルトニウム含有燃料棒
中プルトニウム含有燃料棒
低プルトニウム含有燃料棒
制御棒案内シンブル
炉内計装用案内シンブル

図５－１

ＭＯＸ燃料の構造図

６．添付書類四「加工のフローシート」
ＭＯＸ燃料の加工のフローシートを図６－１に示す。

6

ＭＯＸ燃料集合体
上部ノズル結合下部ノズル結合上部ノズル

制御棒案内シンブル

下部ノズル
燃料棒挿入
計装用案内シンブル
支持格子

ＭＯＸ燃料の加工のフローシート

ＭＯＸ燃料棒上部端栓溶接（ヘリウム加圧）
上部端栓
上部プレナムコイルばね

燃料被覆管

下部端栓
下部プレナムコイルばね

7

燃料棒組立

ペレット挿入ＭＯＸペレット
焼結
ペレット成型

二酸化ウラン粉末

二次混合（混合）一次混合粉末

二酸化プルトニウム粉末

一次混合（混合・粉砕）

二酸化ウラン粉末

7

国内メーカ（原子燃料工業）

図６－１

下部端栓
溶接
海外メーカ（メロックス社）

７．添付書類五「燃料材、燃料被覆材その他の部品の組成、構造、強度等に関する試験の計画に関する資料」
当社検査員を原子燃料工業およびメロックス社に派遣し、加工の工程ごとに抜取検査、記録確認を実施することにより、両社の品質管理活動を確認するとともに、製品が定められた仕様を満足していることを確認する。
ペレット、燃料棒、燃料集合体および燃料被覆管等のその他の部品に関する検査の計画として、当社の検査項目および検査実施方法を表７－１に示す。
表７－１
検査項目

当社検査要領検査実施方法

検査項目

抜取検査 記録確認○

U-235 濃度－○

プルトニウム含有率－○

プルトニウム組成－

直径

抜取検査 記録確認
○

外観

○

○

化学成分－○○

機械的性質－

○

○

○

外寸

○

○

密度

○

○

外観

○

○

外観

○

○

化学成分－○U+Pu+Am 含有率－○

機械的性質－○

O/M 比－

○

内径

○

○

プルトニウム均一度－

○

外観

○

○

内径－

○

化学成分

－

○

肉厚

―

○

機械的性質

－

○

溶接部外径（下部）

○

○

全長－

○

化学成分

－

○

プレナム長さ－○水素化物方位－○

溶接部外径（上部）

○

○

欠陥

－

○

わん曲－

○

外観

－

○

外観

○

○

耐食性－

○

表面汚染－

○

機械的性質－○

ヘリウム漏えい

－○溶接部健全性（下部）○○溶接部健全性（上部）

○

○

機械的性質

－

○

燃料棒間隔

－

○

頭部長さ

○

○

全長－

○

外径（最大径）○○エンベロープ－

○

化学成分－

○

直角度－

○

外観

○

○

燃料棒とノズルの間隔

○

○

耐食性－

○

外観

○

○

燃料棒組込位置－○燃料棒
燃料集合体端栓○

制御棒案 内
シンブル

被覆管

外寸

上部・下部
ノズル－支持格子

ペレット

不純物

検査実施方法8８．添付書類六「品質保証の計画に関する説明書」
ＭＯＸ燃料の調達に関する品質保証の計画について説明する。
(1) ＭＯＸ燃料集合体の製造体制
【発注者】
関西電力
【元請会社】
原子燃料工業・ＭＯＸ燃料集合体の設計・被覆管、その他部品の製造、供給【ＭＯＸ燃料製造メーカ】
メロックス社・ペレット、燃料棒、燃料集合体の製造(2) 当社の品質保証活動
当社は、「原子力発電所における安全のための品質保証規程（JEAC4111-2003）」を適用規格とする品質マネジメントシステムを構築し、品質保証活動を実施している。
(3) ＭＯＸ燃料の調達に係る品質保証活動
当社は、図８－１に示すＭＯＸ燃料調達の基本プロセスを品質マネジメントシステムに定め、これに基づき、高浜発電所第３、４号機向けＭＯＸ燃料の調達に係る品質保証活動を実施している。

9

業務フロー

基本プロセス

業務分担

ＭＯＸ燃料契約準備本店（原子力事業本部）

基本契約（ホールドポイント）

本店（原子力事業本部）

システム監査本店（原子力事業本部）

調達

本契約（ホールドポイント）

本店（原子燃料サイクル室）

書類審査・定期監査

本店（原子力事業本部）

輸入燃料体検査申請

本店（原子力事業本部）

初期製造（ホールドポイント）

本店（原子力事業本部）

本格製造

本店（原子力事業本部）

輸入燃料体検査補正申請

本店（原子力事業本部）

欧州内陸上輸送

本店（原子力事業本部）

海上輸送（ホールドポイント）

本店（原子力事業本部）

発電所受入

本店（原子力事業本部）

輸入燃料体検査本店（原子力事業本部）

工事計画認可本店（原子力事業本部）

燃料運用・管理

発電所

運用管理

図８－１

ＭＯＸ燃料調達の基本プロセス(4) ＭＯＸ燃料調達先の評価①原子燃料工業の評価
過去の当社向けＭＯＸ燃料の製造実績（1999～2001 年）、ウラン燃料の製造実績
7,762 体（2008 年 5 月末）、品質保証システム監査（2008 年 2 月）および定期監査（2008年 10 月）の結果に基づき、元請企業としてメロックス社を適切に管理する能力、および部品供給者の能力を有しているものと判断した。
②メロックス社の評価
ＭＯＸ燃料の製造実績 2,542 体（2007 年末）、過去の当社向けＭＯＸ燃料の製造実績（1999～2001 年）、品質保証システム監査（2008 年 2 月）および定期監査（2008年 10 月）の結果に基き、当社要求事項を満たすＭＯＸ燃料の製造を行う能力を有しているものと判断した。

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(5) 製造期間を通じた品質保証活動①異常事態発生時の連絡・メロックス社は、当社ＭＯＸ燃料の品質保証に係る不適合が発生した場合、定められた方法および体制に従って原子燃料工業へ連絡することとしている。
・原子燃料工業は、品質保証に係る通常の不適合を超える異常な事態の発生について連絡を受けた場合は、定められた方法および体制に従って当社へ連絡することとしている。
・当社は、規制当局等へ連絡することとしている。
②検査・試験管理
・当社は、製造期間を通じて現地工場に駐在させる社員により、製造の工程ごとに検査（立会検査、記録確認）を実施する。
・ペレット、燃料棒の初期製造時に抜き取り個数を増加する綿密な立会検査の実施、模擬燃料集合体組立の実施により、安定した品質の製品が製造できることを確認する。
③製造状況等の確認
・当社は、製造状況および品質保証活動状況を確認するために、工程監査および巡視を行う。
工程監査：初期製造時および模擬燃料集合体の組み立て時に、適切な手順書に従い、製造、検査が実施されていること、品質記録が適切に作成されていること等について確認する。
巡視：日常的に現場を観察することにより、製造状況および製造に係る品質保証活動があらかじめ定められた手順に従い実施されていることを確認する。

・必要に応じて規制当局が原子燃料工業およびメロックス社に立ち入り、当社の品質保証活動の妥当性について調査を行うことができることを契約書に定めている。
④第三者機関の活用
・当社は、工程監査および立会検査を実施するにあたり、当社の審査能力を補完し、監査および検査の信頼性を高めるために第三者機関である仏国ビューローベリタ
ス社の確認を受けることとしている。
以上

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