AbstractThe thermomechanical interaction of solid breeder and beryllium pebble beds with structural material (BSMI) has been identified as a critical issue for solid breeder blanket designs. For example, the expansion of pebble beds restrained by blanket structure exerts stresses on the pebbles as well as the blanket structure wall, which might cause the pebbles to break and jeopardise the blanket operation. However, at elevated temperatures thermal creep will reduce these stresses and might compensate for stress build-up due to irradiation-induced swelling. A significant influence of irradiation on the pebble bed properties is expected. Computationally, the BSMI can be assessed in two ways: (i) by applying appropriate finite element codes combined with the description of modules for the pebble beds. As input, these modules require data on characteristic pebble bed properties determined in different standard-type tests; (ii) by numerical simulations based on a discrete numerical model. Here, the stress profiles are calculated while the effective modulus and bed thermal expansion coefficients are back estimated. In this paper, recent experimental results on thermomechanical pebble bed properties for ceramic breeder (metatitanate and orthosilicate) pebble beds and beryllium pebble beds are presented, including data on the moduli of deformation, thermal creep, inner friction angle, and thermal conductivity of deformed pebble beds. Furthermore, modelling results of the BSMI for simple geometries are reported based both on homogeneous and discrete models and are compared with experimental results.
固体増殖材およびベリリウムのペブルベッドと構造材料との間の熱機械的相互作用（BSMI）は、固体増殖ブランケット設計における重要な課題として認識されている。例えば、ブランケット構造によって拘束されたペブルベッドの膨張は、ペブルおよびブランケット構造壁の両方に応力を及ぼし、ペブルの破損やブランケット運転の危険を引き起こす可能性がある。しかしながら、高温では熱クリープがこれらの応力を低減し、照射誘起スエリングによる応力蓄積を補償する可能性がある。ペブルベッド特性に対する照射の顕著な影響が予想される。計算的には、BSMIは2つの方法で評価できる：（i）ペブルベッドの記述を組み込んだ適切な有限要素コードを適用する方法。これらのモジュールは入力として、異なる標準型試験で決定された特徴的なペブルベッド特性のデータを必要とする；（ii）離散数値モデルに基づく数値シミュレーションによる方法。ここでは、応力分布が計算され、実効弾性率およびベッドの熱膨張係数が逆推定される。本論文では、セラミック増殖材（メタチタン酸リチウムおよびオルソケイ酸リチウム）ペブルベッドおよびベリリウムペブルベッドに関する熱機械的ペブルベッド特性の最近の実験結果を提示する。これには、変形ペブルベッドの変形弾性率、熱クリープ、内部摩擦角、および熱伝導率に関するデータが含まれる。さらに、単純な幾何形状に対するBSMIのモデリング結果を、均質モデルと離散モデルの両方に基づいて報告し、実験結果と比較する。