ハフニウム水素化物(HfHx)を利用した高速炉の新しい中性子制御棒開発が進められている。本研究では、このハフニウム水素化物中性子制御棒の設計において極めて重要な基礎物性値である熱拡散率、比熱および熱伝導度を評価し、熱伝導挙動に対する水素濃度(HfHx:x=0～2.0)および温度(室温～573 K)変化に伴う相変態の効果について調べた。水素化物の結晶構造は水素濃度に対して最密六方晶+面心立方晶(a+d-HfHx: 0< x<1.4)、面心正方晶(d’-HfHx: 1.4< x<1.6)、面心立方晶(d-HfHx: 1.6< x<1.75)、面心立方晶+面心正方晶(d+e-HfHx: 1.75< x<1.85)、面心正方晶(e-HfHx: 1.85< x<2.0)と変化した。d’相の熱拡散率が室温において最も高い値を示すが、約353～373 K間ではd’相からd相への相変態が生じ、急激に減少することがわかった。また、a+d相およびd’相を除く他の相における熱伝導度は温度にほとんど依存せず一定であり、573 Kにおいてハフニウムの熱伝導度(0.21 W/cm・K)とほぼ一致することがわかった。

抄録全体を表示

Npを含有したMOX燃料（Np-MOX）の熱拡散率測定を行い，MOXの熱伝導率におけるNp含有の影響を調査した。また，以前に報告したAm含有による影響との比較を行い，Np含有の影響はAm含有に比べて小さいことを確認した。

抄録全体を表示

サーマルアレスト法によるPuO2-xの融点測定を行った。Wとの反応を抑制するためにRe内カプセルを用いてPuO2を加熱した。2535℃まで加熱した試料は、ペレットのまま観察され溶融した形跡はなかったが、試料のO/Puの低下が観察された。2703℃まで加熱した試料は、溶融とReと試料との反応が観察された。

抄録全体を表示

常陽で照射した際、燃料中心部の限定した領域でMOX中の不純物であるSiO₂の凝集と溶融が認められた。SiO₂を混合したMOXについて酸素分圧を変えて照射温度域での熱処理をおこなった。低酸素分圧下での熱処理時においてSiO₂の溶融しやすい傾向が観察された。また、照射試験で観察された組織と類似した組織が確認できた。

抄録全体を表示

CALPHAD法による状態図計算により評価したアクチニド－酸素二元系酸化物の熱力学データを拡張，統合することにより，MA含有酸化物燃料の酸素ポテンシャルを計算し実験データと比較，評価した．

抄録全体を表示

原子炉の事故や燃料製造後の保管などMOX燃料の長期保管中に自己照射の影響により燃料中に格子欠陥とHeが生成される.
しかし,実際の長期保管されたMOX燃料を用い自己照射の影響についての評価はされていない.
そこで,2年から32年間保管したMOX燃料(Pu富化度約20%及び30%,Am含有率2%以下)を用い,自己照射による燃料組織への影響を評価した.
その結果,組織観察において大きな変化は見られなかった.
また,格子定数はPu富化度と保管時間に依存して増加し,飽和に達したときの増加率は約0.29％であった.

抄録全体を表示

密度、結晶粒径などをパラメータとして175℃以下の温度範囲でMOXの酸化速度を測定した。酸化速度は、密度が低いほどまた、結晶粒径が小さいほど速くなる。

抄録全体を表示

貯蔵および処分時の使用済燃料棒の機械的特性を評価するためには、使用済燃料ペレットの寸法変化を把握することが重要であることから、そのヘリウム生成量の不確定さを評価するとともに、ガス・スエリングを考慮した寸法変化を予測する。

抄録全体を表示

MgAl₂O₄中における点欠陥形成過程および点欠陥の再結合過程に関する分子動力学計算を行ない、点欠陥の形成エネルギー、移動の活性化エネルギー、および点欠陥の再結合体積等を求めた。

抄録全体を表示

MgAl₂O₄スピネル中のフレンケル対蓄積過程の分子動力学計算を行い、各イオンの挙動を調べた。導入フレンケル対数の増加に伴い、陽イオン配列が不規則化し、臨界量以上でNacl構造に相変化することが確認された。

抄録全体を表示

電子励起下におけるスピネル結晶中の微小転位ループの安定性を電子顕微鏡による「その場」観察実験により調べた。収縮・成長過程の詳細な解析から、転位ループの安定性に及ぼす電子励起効果の考察を行なう。

抄録全体を表示

BCC金属における刃状転位と格子間原子型転位ループの相互作用に関して、分子動力学法と線形弾性論を用いて評価を行った。線形弾性論は、その適用限界において、分子動力学法での結果と良い一致を示すことがわかった。また原子間の相互作用が支配的となる短距離相互作用においては、線形弾性論では、定量的評価が困難であることがわかった。

抄録全体を表示

超臨界圧水冷却炉では２９０℃から７００℃の範囲で被覆管が運用される。 そのために高温強度、耐照射、耐食性にすぐれる被覆管を開発する必要がある。 単体の材料での目標達成が厳しいことから、既存材料の長所を組み合わせて被覆管を製造することを検討した。

抄録全体を表示

Corrosion tests of alloy-sputtering-coated steels and refractory metals were carried out in high temperature Pb-Bi and investigated analytically. Coating was done with using the unbalanced magnetron sputtering (UBMS) technique to protect the steels from corrosion. In the case of after immersion in LBE at 700C for 1000h, the whole of the alloy-coated layer still remained on the base surface of specimen with no penetration of Pb-Bi. Refractory metals of tungsten and molybdenum had high corrosion resistance with no penetration of Pb-Bi.

抄録全体を表示

　鉛ビスマス冷却高速炉および超臨界圧水冷却高速炉に用いる被覆管材料として、高耐食性スーパーODSフェライト鋼の開発を進めている。本発表では、ODSフェライト鋼のFCCI特性の及ぼすCrとAlの効果に着目して実施した炉外模擬FP反応試験の結果について報告する。

抄録全体を表示

次世代高速炉を対象に、炉容器や炉内構造物等比較的低放射線環境に長時間継続的に曝され、かつ寿命中交換が困難な鉄鋼材料構造物に関する、設計評価、プラント稼動後の経年評価、保全管理に至るまで統一的に適用可能な照射損傷評価指標の確立、並びに指標に基づく損傷進行監視技術開発を目指した３年度間のプロジェクトの初年度成果をシリーズ報告する。その１では、プロジェクトの目的及び全体計画を紹介する。なお、本シリーズ発表の成果は文部科学省原子力システム研究開発事業平成１８年度採択事業において実施されたものである。 青砥特会1番目

抄録全体を表示

長寿命プラント照射損傷管理技術に関する研究開発」の研究の中で、研究炉「JRR-3」及び高速炉「常陽」の組み合わせ照射を行い、各原子炉の特徴を生かした単独照射材及び相互の組み合わせ照射材を得るため、東海、大洗のホット試験施設を含めた計画及びH18年度の実施分について報告する。

抄録全体を表示

本事業では，鉄鋼材料からなる炉内構造物等に関する設計評価，プラント稼動後の経年評価，保全管理に至るまで統一的に適用可能な照射損傷評価指標の開発および本指標に基づく損傷進行監視技術の開発を実施しており，損傷指標の開発ではヘリウム生成量が有力な照射損傷管理指標の一つとして認識されている．そこで東北大学では，サイクロトロン加速器を用いて一定温度（約550℃）においてHe注入量（1，10，30appm）を変えた照射試験片を作製し，照射試験片の短時間機械的特性（引張，硬さ）データの取得，He放出挙動分析および微細組織構造分析などを実施した．さらに，He放出挙動分析のため，四重極質量分析器を備えたHe注入量測定装置を新たに開発した．

抄録全体を表示

次世代炉の候補構造材料(SUS304、316FR、12Cr鋼)を対象に、単独イオン及び2重イオン同時照射実験法によって、照射温度及びヘリウム／dpa値 (0, 約1, 約10) をパラメータとしたイオン照射を実施した。その結果、照射硬化のスケーリングにdpaおよびHe/dpa比が有効である見通しを得た。

抄録全体を表示

「長寿命プラント照射損傷管理技術に関する研究開発」における照射材料の強度試験には、限られた試料により数多くの試験が可能となり、かつ照射損傷条件のばらつきを抑制できる微小試験片を用いることとしている。本研究では、照射材料の強度試験に先立ち、微小試験片によるクリープ試験技術を開発し、未照射材料のクリープ試験を実施している。

抄録全体を表示

「長寿命プラント照射損傷管理技術に関する研究開発」においてオーステナイト系ステンレス鋼の照射損傷と磁気特性の関係を調べるために行った、受入れ材、熱時効材、「JMTR」照射材に関する磁気測定の結果、および熱時効による磁気特性変化の原因を明らかにするために実施した交流磁場印加中磁気カー効果顕微鏡観察結果について報告する。 （青砥特会6番目）

抄録全体を表示

「長寿命プラント照射損傷管理技術に関する研究開発」の研究の中で、パルス・レーザーにより励起した表面弾性波を、プローブレーザーによって検出する方法を用いて、試料の表面弾性波応答特性を測定する装置を作製し、イオン照射による炉材料の物性変化を観測した。

抄録全体を表示

鉄粒界におけるHeの粒界偏析エネルギー、粒界強度低下を第一原理計算により評価した。現実には粒界でHeボイド等が形成されるが、ボイドを含んだ第一原理計算は現在のところ難しいので、まず、エレメンタルなHeが粒界に偏析した状態で、どの程度の粒界強度低下が起きるのかを調べた。その結果、Heの偏析エネルギーは非常に大きく、さらにHeの偏析によって粒界強度も大きく低下することが分かった。 青砥特会８番目:総主題が「長寿命プラント照射損傷管理技術に関する研究開発」に関する9つの発表の1つで、同じ会場で連続で、番号順にお願いします。ただし、材料部会企画セッションでの発表予定もあるため、重ならないように時間調整をお願いいたします。

抄録全体を表示

炉容器や炉内構造物等の鉄鋼材料構造物に関する照射損傷評価指標の開発、並びに本指標に基づく損傷進行監視技術の開発に関する研究成果を報告する。

抄録全体を表示

核燃料施設検査技術にリスク情報を反映して効果的規制に資するため、核燃料加工施設における安全上重要な設備・機器の選定手法の検討を進めている。本発表は、安全上重要な設備・機器の選定手法の基礎的検討として、核燃料加工施設における臨界安全対象設備および加熱炉の保守管理を前提とした重要性評価方法の概念を提案し、専門家の意見を問うものである。

抄録全体を表示

貯蔵時の被覆管温度変化に伴う被覆管中水素化物の径方向への再配向挙動等を評価するため、BWR40,50,55GWd/t型使用済燃料被覆管を供試材として水素化物配向特性評価試験等を実施し、水素化物再配向程度と、温度・応力・冷却速度等の相関を明らかにした。また、リング圧縮試験における、材料の延性と水素化物の配向等析出形態の相関を検討しまとめた。

抄録全体を表示

貯蔵時の被覆管温度変化に伴う被覆管中水素化物の径方向への再配向挙動等を評価するため、PWR38,48,55GWd/t型使用済燃料被覆管を供試材として水素化物配向特性評価試験等を実施し、水素化物再配向程度と、温度・応力・冷却速度等の相関を明らかにした。また、リング圧縮試験における、材料の延性と水素化物の配向等析出形態の相関を検討しまとめた。

抄録全体を表示

ランプ試験時の外面割れ現象を理解するため、被覆管外表面から内表面への径方向水素遅れ割れ試験（DHC試験）手法の開発、試験結果について前年会で報告を行った。本大会では径方向DHC試験をランプ試験を模擬した温度勾配下で実施した結果を報告する。

抄録全体を表示

水素富化したジルカロイ-2被覆管に対してNCT法を用いて温度条件をパラメータとしたDHC試験を実施し、クラック進展速度を調査した。

抄録全体を表示

出力急昇試験で観察された特徴的な半径方向水素化物が燃料被覆管の機械特性に与える影響を明らかにすることを目的として、出力急昇試験条件を模擬可能な試験技術を開発した。線出力45 kW/m、周方向応力300 MPa、試料温度290℃、試験時間2 hで、外表面近傍における水素化物の集積および特徴的な半径方向水素化物が観察された。

抄録全体を表示

これまでに、本研究グループにおいてジルコニウムあるいはジルカロイ平板試料を用いてのトリチウム分布をトリチウムイメージングプレート法にて測定し、その拡散係数を決定してきた。今回、ジルカロイ－４被覆管材から切り出された微小な試験片(肉厚0.65mm)を用いて、空間分解能に優れたイメージングプレート法（IP法）を使用し、拡散距離の短い肉厚方向(径方向)の拡散係数測定を測定方法を考えて行った。また、軸方向においては、過去の実験と同様の方法にて行い、被覆管中のトリチウムの軸方向と径方向の拡散係数を測定した。その結果、軸方向と径方向において拡散係数に明確な違いは見られず、過去に行われたジルコニウム平板との比較でもその値に大きな差は見られなかった。それより、イメージングプレートによる測定方法および測定結果の考察を行った。

抄録全体を表示

ジルカロイ-4を用いて、水素イオン照射下におけるTEM内その場観察を実施し、水素化物の成長および水素化物形成に伴う母材中の転位形成の動的挙動を観察した。

抄録全体を表示

予め重水素を吸蔵させたジルカロイに800keVのHeイオンを照射すると、 照射損傷領域に重水素が蓄積することを前回報告した。 今回の実験では、試料をいくつかの温度で保持した場合の重水素濃度の時間変化から、蓄積の原因はトラップサイトによる捕捉であると推定し、溶解と捕捉との平衡を表す定数を実験的に得た。これらの結果から、ジルカロイにおける水素の見かけの固溶限は照射損傷によって増加する可能性があることが分かった。

抄録全体を表示

新型燃料被覆管において、酸化抑制の機構が合金酸化膜中での酸素イオン伝導に深く関係していると考え、MD法を用いて模擬酸化膜（ZrO₂-Y₂O₃-Nb₂O₅）中の酸素イオンの拡散挙動を原子レベルで明らかにすることを目的とした。

抄録全体を表示

先に発表した水素化物析出模擬モデルを用いて、被覆管の水素化物析出分布が集合組織や冷間加工に依存する現象について数値シミュレーションを適用して検討した。その結果、管長手方向引張り下や冷間加工のまま材では半径方向水素化物が析出し難い実験結果を説明することができ、水素化物析出方位検討用のツールを開発した。

抄録全体を表示

5サイクルまで照射されたBWR9×9燃料B型に関する照射後試験の結果、コーナー燃料要素で被覆管腐食の増大が見られたことが報告されている。この事象の発生状況を確認するため、実炉で高燃焼度まで照射した燃料を対象にプールサイドで酸化膜厚さ測定を実施した。その結果、被覆管の合金組成及び照射期間等が腐食挙動に影響するとの結論を得た。なお、腐食挙動に影響する低Fe濃度及び低Ｓｉ濃度被覆管は現在既に使用されていない。本報告は東京電力と原子燃料工業が実施したこれらの測定結果をまとめたものである。

抄録全体を表示

軽水炉の高燃焼度化被覆管開発の目的のため、腐食被覆管の特性を評価した。様々な条件で腐食させた被覆管について、レーザー顕微鏡およびEBSPによる微細組織観察および、動的微小硬度計による機械的性質の評価を行った。

抄録全体を表示

高燃焼度BWR燃料の出力急昇試験で生じた被覆管外面からのき裂による燃料破損の機構解明と発生条件明確化のために、被覆管の水素吸収と析出、機械的特性等に関する炉外試験と解析評価を実施し、総合的な評価を加えて現象を解明し、これを支配する因子を摘出して発生条件を明確化した。

抄録全体を表示

３サイクルおよび５サイクル燃焼済み燃料被覆管に形成された酸化膜の微細組織および交流インピーダンス応答を調べ、高燃焼度における燃料被覆管等の水素吸収量増加要因を検討した。照射後試験の結果、高燃焼度で水素吸収量が増加した被覆管の外面酸化膜は多数のクラックが生じて多孔質化していることが示された。高燃焼度における水素吸収量の増加は、腐食の遷移と密に関係していると考えられる。

抄録全体を表示

照射済ジルカロイ-2の水素固溶限を示差走査熱量計（DSC）を用いて測定した。供試材はBWRで3～5サイクル照射された被覆管およびスペーサから切断・採取され、その水素濃度は21～372ppm、中性子照射量は5.4～12.9 x 10^25 1/m^2の範囲にあった。照射材の水素化物溶解時の固溶限（TSSD）および水素化物析出時の固溶限（TSSP）ともに、同じ手順で測定した未照射材のデータと有意差が見られず、水素固溶限に対して照射の影響が実質的に小さいことが判明した。

抄録全体を表示

出力急昇試験および水素化物再配向試験結果を整理し、温度勾配下における被覆管肉厚方向での水素化物の再分布挙動について解析・評価を行った。得られた解析・評価結果を用いて、被覆管外面からのき裂発生に寄与すると推察される外表面近傍半径方向水素化物の析出条件を検討した。

抄録全体を表示

高燃焼度における燃料被覆管の延性を内圧破裂試験により評価した。破断伸びは高速中性子照射量あるいは水素濃度の増加により低下するが、飽和傾向にある。また、破断伸びは水素化物の長さ及び析出方位を考慮した指標と相関があり、水素化物の析出状態がき裂発生に影響していること示した。

抄録全体を表示

大飯55GWd/t先行照射燃料を用いた中子拡管型機械特性試験での周方向破断伸びには、高水素濃度材で明確な試験温度依存性が認められた。外面近傍の水素化物偏析層内に形成されるき裂の進展性が延性の大小に影響したもので、PWR燃料被覆管使用温度近傍では外面水素化物偏析層内のき裂は被覆管内層に進展しにくくなる。

抄録全体を表示

原子炉燃料被覆管の水素吸収、水素析出過程の解析には、き裂や析出物等が作り出すひずみ場が水素拡散に与える影響を考慮することが重要であると考えられる。キネティックモンテカルロ法による計算科学解析を行うことによって水素濃度上昇のメカニズムについて考察を行った。

抄録全体を表示

汎用有限要素計算コードを用い、き裂先端応力集中部への水素拡散挙動を評価した。非常に短時間で水素の移動が起こることがわかり、き裂が深いほどまた被覆管内圧が高いほど、より多くの水素が広範囲に集中することが明らかとなった。得られた結果からき裂進展のモデル化を行い、被覆管が破損に至る時間の評価を試みた。

抄録全体を表示

被覆管の水素吸収・水素化物析出挙動、機械特性に関する試験及び解析評価に基づき、外面割れ機構と発生条件を検討した。き裂発生に関与する半径方向水素化物の集積は熱流束(温度勾配)と時間に依存し、き裂進展速度はDHC機構によるものと同等である等、外面割れ発生を支配する要因を明確化した。

抄録全体を表示

690合金およびその溶接材をTEM、EBSD,ナノインデンターにより分析を行い、SCC進展速度に及ぼす材料因子について検討した。600合金と690合金では粒界炭化物種別が異なることなどを確認した。

抄録全体を表示

600合金と132合金のき裂進展試験を行い、ATEMを用いた詳細観察からその腐食挙動および内部酸化挙動について検討を行った。

抄録全体を表示

600合金と132合金についてPWSCC試験および大気中クリープ試験を行い、SCC進展におよぼすクリープおよび水素吸収挙動について検討した。

抄録全体を表示

PWR一次系模擬環境における鋭敏化SUS316のき裂伝ぱに及ぼすSO₄イオンと溶存酸素の影響について調べた．DO≧0.05ppmでは粒界SCCが発生し，SO₄イオン濃度と共に増加する傾向を示した．一方脱気したDO<0.01ppmではSCCは発生せず，SO₄イオン濃度の影響は見られなかった．

抄録全体を表示