ナノ粒子をナトリウム中に分散させたナノ流体とナトリウムとの酸化（燃焼）反応挙動の違いについて観察した結果を報告する。

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マイナーアクチノイド核変換用窒化物燃料の基礎データ取得・整備の一環として、(Pu,Am)N, (Zr,Pu,Am)N, (Zr,Np,Pu,Am,Cm)Nの固溶体を焼結し、レーザフラッシュ法により熱拡散率を測定した。投下型熱量計により測定した比熱を用いて熱伝導率を評価し、組成依存性を検討した。

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放電プラズマ焼結法を用いて、炭素熱還元法によって作成したTiN,ZrN,UNなどの窒化物の焼結を行った。いずれもボールミル等の粉砕処理や助剤の添加を行うことなく、90%T.D,程度の高密度試料が得られた。また、わずかながら加圧によると思われる物性の変化が見られた。

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簡素化ペレット法での導入が検討されている低除染TRU燃料の富化度調整粉の場合、自己発熱によってMOX原料粉の酸化が進む可能性がある。本試験ではO/M比を調整したMOX原料粉を用いてペレットの調製を行い、MOX原料粉のO/M比がペレットの焼結特性にどのような影響を与えるかについて、ペレットの健全性、焼結ペレットの微細組織、高次酸化物相の残存の有無等から評価を行った。

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MOX燃料は自己照射によって保管中に格子欠陥とHeが生成される。長期保管したMOXペレットを燃料として用いる場合、結晶内に蓄積した格子欠陥とHeが照射挙動へ影響することが懸念される。そこで、本研究では、実際に2年から32年間保管したMOXペレットについて、熱処理を行い、熱処理前後の密度及び組織の変化を調査した。

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機械混合製法MOX燃料ペレット組織のプルトニウムスポットに代表されるような非均一構造にフラクタル概念の視点から考察を加え、定量的に表現するモデルを提案する。

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窒化チタンを不活性母材としたMA含有窒化物燃料製造技術の研究開発の一環として、母材のTiN及びMA窒化物を模擬するためのDyNについて、高密度な焼結体が得られる諸条件を実験により調べた。

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アクチニド酸化物の物性データについて、理論的に評価し、各種物性データのシミュレーションを行うことを目的として第一原理計算による評価を進めている。本研究ではプルトニウム酸化物について第一原理計算を行い、結晶構造及び弾性定数を評価した。

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　平面波擬ポテンシャルを用いた第一原理計算と直接法での原子振動解析を行い、有限温度におけるPuO2の熱物性の計算を行った。GGAとquasi-harmonic近似を用いて算出されたHelmholtz自由エネルギーからBirch-Murnaghaun固体状態方程式にフィッティングすることで、平衡格子定数、体弾性率、体膨張率、定積比熱、定圧比熱、などの熱物性値を高温領域まで求めた。

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　「水素化物中性子吸収材を用いた革新的高速炉炉心に関する研究開発」の一環として種々の水素濃度のハフニウム(Hf)水素化物ペレットを作製し、検査・分析を行うと共に加熱による安定性を調べた。本報告では要素技術開発に関するシリーズ発表の一番目として、全体計画とHf水素化物ペレットの作製について示す。 　本報告は、旧電源開発促進対策特別会計法及び特別会計に関する法律（エネルギー対策特別会計）に基づく文部科学省からの受託事業として、東北大学小無健司准教授が実施した平成18年度及び平成19年度「水素化物中性子吸収材を用いた革新的高速炉炉心に関する研究開発」の成果です。

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「水素化物中性子吸収材を用いた革新的高速炉炉心に関する研究開発」の一環として、Gd含有Zr水素化物やHf水素化物といった各種金属水素化物を作製し、その物性測定を実施した。

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「水素化物中性子吸収材を用いた革新的高速炉炉心に関する研究開発」の一環として、水素化物中性子吸収体の高温ナトリウム(Na)による腐食特性（共存性）を調査した。

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「水素化物中性子吸収材を用いた革新的高速炉炉心に関する研究開発」の一環として、高速実験炉「常陽」を用いた水素化物中性子吸収材及び水素透過防止用コーティングを施した被覆管材料の照射試験を実施した。本報告では、照射試験計画の概要とこれまでに得られた結果を速報する。

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熱効率40%以上の高い経済性を有するガス冷却高速炉実現のために不可欠な、高燃焼度燃料の作製技術開発を目的とした。燃料要素設計、プロセス・燃料要素開発、材料特性評価、再処理技術の開発を行い、燃料密度約50%の緻密なコンポジット燃料の基本的な作製技術を開発した。

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高燃焼度を目指したガス冷却高速炉用燃料として棒状の窒化物燃料、SiCバッファ層、SiC固相マトリックスを組み合わせたコンポジット型燃料の燃料要素設計を行った。 FSで提唱されているガス冷却高速炉炉心設計仕様を基に、高燃焼度においても燃料健全性を有する燃料形態について、実際に作製した材料物性値を用いて設計を行い、燃料径、バッファ層厚さ等に関する燃料作製指針を得た。

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本研究では高燃焼度を達成するために高密度な燃料が必要であるため、棒状の燃料、ミリオーダー直径の円柱状貫通孔を有する高密度SiCマトリックス、低密度SiCのバッファ相で構成される燃料の作製技術開発を目指した。 貫通孔の前駆体として炭素棒を用いる方法において、一軸加圧成型でのモールドセッティングの改良、炭素棒と焼結助剤間の反応、炭素棒の物性が貫通孔の特性に及ぼす影響等の解析・検討を行い、緻密なSiCセラミックスに損傷を与えずに貫通孔を導入する技術の基礎を確立した。また、PCSにSiCナノ粉末を加え作製した数種類のポーラスSiCの検討を行い、コンポジット燃料に用いるバッファ相の作製条件の決定を行った。

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ガス冷却高速炉用高燃焼度燃料の構成要素作製技術に基づき、模擬窒化物燃料、バッファ層、高密度SiCで構成されたコンポジット燃料の作製を目的とした。穴のあいた高密度SiCを作製し、模擬窒化物燃料の周りにバッファ相原料となるPCSとSiCナノ粉末を混合したスラリーを塗布し、穴に挿入して無加圧焼結することにより、模擬窒化物燃料を含むコンポジット燃料の作製に成功した。本研究で、最終目的としている形状物が作製できる見通しが得られた。

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ガス冷却高速炉用高燃焼度燃料に用いるコンポジット燃料体の特性評価のため、緩衝材としてSiCを用いた模擬燃料体を製作し、その特性を評価した。FPガスの吸収によるスエリングの抑制機能を目的としたバッファ相は、気孔率を約80％のものについて製造性や機能性の面で高性能が期待できる。一方、燃料体を均一に分散させ保持させることを目的とした固相マトリックスでは、助剤の偏析が高温での強度低下を引き起こす可能性が示され、助剤量の制御が重要となることが明らかとなった。また、熱特性に関しては、バッファ相の熱拡散率は固相マトリックスに比べて著しく低いが、比熱容量は両者同等の値を示しており、気孔率の影響が現れた結果となった。

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軽水炉燃料ペレットの結晶粒界のFPガスバブルの成長の計算において、従来の平衡論モデルに代わって速度論モデルを適用し、出力変動する照射履歴におけるバブル成長のシミュレーションをFEMAXI-6コードで行った。

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軽水炉燃料の燃焼の進行にともない増大する水素吸収が、高耐食性Zr-Nb合金（M5）被覆管のLOCA時高温酸化挙動におよぼす影響を評価するために、水素を添加した未照射M5被覆管試料を用いて水蒸気雰囲気における等温酸化試験を行った。重量増加および酸化膜成長に関し、本試験条件において、M5被覆管はZry4と同等もしくは低い酸化速度を示すこと、また、M5被覆管の高温酸化におよぼす水素の影響はほとんどないことが明らかとなった。

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常陽Mk-_II_の照射試験データを用いて修正Ross&Stouteモデル中の定数を最適化し、高速炉燃料設計コードの熱解析機能の検証を行ったので報告する。

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中空燃料設計コード「CEPTAR」にプルトニウムとアメリシウムの再分布モデルを組み込み、炉内で照射中のMOXペレットの温度分布、組織変化等に与える影響について評価することを目的とする。 評価結果として再分布を考慮しない場合の計算結果が保守的となることを確認し、将来的に再分布を考慮することで燃料設計の合理化が図れる可能性を示す。

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TRU合金燃料製造時のAmの挙動把握を目的に、TRU合金の組成間の特徴を模擬したZr-Cu系にAmを模擬したCeを加えた合金系において、合金の混合性、組織の均質性について調査した。また、射出鋳造時の高蒸気圧元素の蒸発挙動を把握し、その蒸発を抑制する手法ならびに蒸発元素を効果的に回収する機構についての検討を行った。

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高性能Am含有酸化物燃料の開発全体の進捗状況と本燃料サイクル概念において発生する高レベル廃棄物量に着目したサイクルの特徴を示す。

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Am含有に伴う燃料物性劣化を補償するための添加材概念について、酸素ゲッター機能と熱伝導率改善機能の両者を有する合金型の添加材の成立性に関する基礎的検討を行った。

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Corrosion behavior of SiC and Ti₃SiC₂ in high temperature LBE at steady and transient temperature conditions has been investigated. In the case of steady condition, the materials were immersed in high temperature LBE at 700°C for 1000 hours. In the case of transient condition, the specimens were immersed in LBE at 550°C for several hours and then the temperature of LBE was increased for several hours up to 800°C. In the steady condition, there were no penetration of Pb-Bi into SiC and Ti₃SiC₂ matrix and no dissolution of constituent metals into Pb-Bi found. In the transient condition, there was also no penetration Pb-Bi into the matrix of Ti₃SiC₂ material found. However, the dissolution of silicon from the material into Pb-Bi was found.

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ODS鋼の高温流動ナトリウム中で生じるNi拡散挙動を模擬した材料を作製し、不活性ガス中にて最長約15,000時間の内圧クリープ試験を実施した。クリープ破断強度とその破損形態について、金属組織学的および力学的な観点から同鋼受入材との比較検討を行った。

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我々のグループでは、耐照射性、耐熱性に優れる改良型オーステナイト系ステンレス鋼に対して、酸化物分散強化型フェライト鋼の製造で用いられる機械的合金法と熱処理を適用し、熱力学的に安定なナノサイズ粒子を母相中に分散させた先進オーステナイト鋼の試作を行っている。ナノサイズ粒子の効果としては、中性子照射下における点欠陥の消滅サイト、あるいは転位運動に対するオブスタクルとしての作用を期待している。本研究では、アトライター式ボールミルを用いて改良型オーステナイト系ステンレス（PNC316）鋼金属粉末と酸化物粒子を機械的に合金化した材料に対し、高速実験炉「常陽」で中性子照射し、照射特性を評価した結果について報告する。本研究では、特に照射欠陥クラスター形成に及ぼすナノサイズ粒子の効果について着目する。

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J-PARCのような中性子源用水銀標的では、大強度の陽子ビームパルス入射における圧力波によって、水銀容器や陽子ビーム窓にピッティング損傷が起こる。その衝撃損傷への対策として中間に軟材を挟んだ多重膜を形成し、その効果を調べる。本発表では、多重幕形成と衝撃試験について述べる。

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SUS316Lオーステナイト系ステンレス鋼に対して、曲げ変形拘束により表面に引張残留応力約200MPaを付与した状態で、Niイオン照射実験を行い、EPR試験により照射表面の耐食性を評価した。その結果、330°Cで照射した場合、変形拘束下で照射した試料は、変形拘束なしで照射した試料に比べて耐食性劣化が抑制されていることが明らかとなった。講演では、引張残留応力を300MPaにした場合、また圧縮応力下での照射の影響についても報告する。

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水素イオン照射を用いて、弾き出し損傷を導入したオーステナイトステンレス鋼について (1)引張試験 (2)表面観察及び解析 (3)EBSD解析によるMisorientationの観察 (4)TEMによる内部組織の観察 をおこない、照射材特有の不均一変形挙動を評価します。

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軽水炉等の構成材料は、中性子照射環境に曝されることにより結晶粒界で合金元素の濃度変動（照射誘起偏析）が生じ、応力腐食割れが促進されることが知られている。但し、その偏析量は結晶構造に強く依存し、特に対応粒界において大幅に減少することが報告されている。近年、粒界工学の観点から高い耐腐食性を有する粒界制御オーステナイト鋼の研究開発が行われており、その特徴は高密度に分布した対応粒界がランダム粒界ネットワークを断片化させることにある。そこで、本研究では粒界制御材料の照射下適応性を検討するため、電子線照射ならびにイオン照射試験を行い、結晶粒界近傍における照射特性を調査した。

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Fe²⁺イオンを照射したSUS316溶体化熱処理材を用いて変形試験を実施し、損傷組織によるすべり変形抵抗の違いについて調べた。照射に伴い、転位ループとキャビティが損傷組織として発達し、硬さが増加したが、ステップ間隔の増加量は小さかった。Fe²⁺イオン照射では転位ループが大きく成長しており、オロワンモデルから計算されるせん断強度の増加値に対しても転位ループが支配的に寄与していた。一方、He⁺イオンを照射したSUS316溶体化熱処理材ではキャビティが支配的に発達しており、損傷組織の発達によるステップ間隔の増加量は大きかった。これらの結果より、すべり変形の抵抗に関するキャビティの寄与は、オロワンモデルで使用される硬化係数などで考えられているよりも大きい可能性が示唆された。

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日本原子力研究開発機構が高速炉用の被覆管として開発したPNC316材の照射試験を行い、短時間強度特性を評価したので報告する。照射試験は、高速実験炉「常陽」において、照射温度570～730 °C、中性子照射量は約25×10²⁶ n/m²（E>0.1 MeV）の範囲で行った。 引張強さは、これまで実施している約5～20×10²⁶ n/m²（E>0.1 MeV）の試験結果と同等で、中性子照射量の増加に対しても低下は認められなかった。また、急速加熱強度（周応力と破裂温度の関係）は、周応力：69 MPa、破裂温度：830 °Cの範囲で必要とする強度を満足していた。また、今回の試験結果から、周応力、照射温度、中性子照射量の各パラメータの重畳効果等についても合わせて報告する。

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照射済みSUS304L（約5.38×1025n/m2、E>1MeV）の変形挙動を調べるために、ホットセル仕様のSEM用引張加熱ステージを開発・導入し、引張試験中の試験片表面をSEMでその場観察した。288℃での引張その場観察の結果、照射材でのみ巨視的な降伏以前（0.2%耐力以下の負荷応力）に局所的な変形を開始していることが確認された。既存の単軸定荷重試験の結果では、0.2%耐力以下の応力でIASCCが発生しており、照射材特有の局所変形がIASCC発生の一因となっていることが示唆された。

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JMTRで広い照射量レベルで系統的に中性子照射されたオーステナイト系ステンレス鋼の母材、溶接熱影響部および溶接金属の破壊靱性試験を実施し、破壊靭性に及ぼす照射の影響について調べた。

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SO₄イオンを含むPWR一次模擬環境においてステンレス鋼のSCCき裂伝ぱに及ぼす材質の影響を調べた．DOが0.05から8ppmの範囲では，鋭敏化されたSUS316及びSUS304のき裂伝ぱ速度はいずれもSO₄イオン濃度と共に増加した．一方溶体化されたSUS316及びSUS304ではき裂伝ぱ速度に及ぼすSO₄イオン濃度の影響は小さかった．

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PWR一次系模擬水中で定荷重試験された照射条件と材料条件の僅かに異なる316CWステンレス鋼試験片の耐力と粒界偏析を理論モデル計算により求め、IASCC発生と材料因子の関係を検討した。

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高温ホウ酸水中のステンレス鋼溶接部のSCCき裂進展挙動をCT試験片を用い調べた。酸素添加条件では、316L、308L溶接金属ともに有意なき裂進展が見られ、冷間加工によりそのき裂進展は促進された。熱時効（400℃で1万時間）の影響は顕著ではなかった。水素添加条件では、316L、308L溶接金属ともに冷間加工あるいは熱時効を加えても、有意なき裂進展は見られなかった。

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冷間加工非鋭敏化ステンレス鋼のIGSCC進展メカニズムの考察を目的として、異なる電位環境で進展したIGSCC先端および大気中で進展した粒界クリープき裂先端をオージェ電子分光分析および高分解能SEMで詳細分析しIGSCC進展機構を考察した。その結果、電位に拘らず開口前のIGSCC先端で粒界拡散が進行していることを示す粒界組成の変化およびき裂先端で酸化物の観察されない部位の存在が認められた。類似の挙動が開口前の粒界クリープボイド近傍でも観察された。この結果はき裂先端でき裂の開口前に成分元素と空孔の粒界拡散が進行していることを示している。この結果から、IGSCC進展過程における応力勾配誘起空孔拡散の役割を検討した。　

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高純度SUS304系合金を製造し、Si、S、P、C、Tiを添加し、フライス盤による冷間加工を行った。深さ方向の硬さ試験と42%塩化マグネシウム溶液中(143±1°C)での応力腐食損割れ(SCC)試験を実施した。試験後は、深さ方向の金属組織観察により、SCC特性を評価した。SCC特性へのSi、S、P、C、Tiを添加の影響を報告する。

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加圧水型軽水炉の1次系模擬環境下における腐食挙動について、Ni基合金とFe基合金の差を検討した結果、耐食性を有する機構が異なることが示唆された。この耐食機構の差は粒界における腐食に影響し、Ni基合金の粒界でのみ顕著な腐食が確認された。 これらの粒界における腐食は、応力腐食割れの特に潜伏期間に影響を及ぼすと考えられる。

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新規燃料被覆管材料として期待されるZr-Nb合金の水素化物析出挙動をEBSP測定によって評価し、従来のジルカロイと比較した。

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被覆管の周方向/半径方向の2次元拡散体系内に集合組織を持つZr結晶粒と粒界を配し、水素化物の析出/成長と再溶解を解析できるミクロモデルを作成した。粒界および晶癖面に働く局所応力に依存した水素固溶限モデルを採用することにより、水素化物の粒界および粒内晶癖面への優先析出と水素化物の応力配向成長を再現した。また、本モデルは被覆管外面からのDHC亀裂進展挙動を解析する機能も併せ持つ。本モデルによる解析結果は、水素化物成長速度、水素化物応力配向、ランプ試験時の水素熱拡散、およびDHC亀裂進展速度の実験データを概ね再現できた。

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EMAR法による水素濃度の非破壊測定法の原理を検討するために、Zr合金の共鳴周波数に及ぼす水素濃度や水素化物析出形態の影響および水素化物の析出方位を実験的に求めた。次に、Zrの弾性定数とZrHxの弾性定数を考慮して試験片の弾性定数を求め音響指標に換算して、EMAR測定した試験片の結果と比較した。

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燃料被覆管への水素吸収量についてスウェーデン・スタズビック社により開発された反射電子像法（BEI法）に改良を加えたBEI法を照射済被覆管へ用いて高温抽出法との比較並びに局所的な水素濃度分布を測定出来ることを確認した。

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本研究では軽水炉燃料被覆管の水素遅れ破壊に関して、操作型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscopy、SEM）の中で加熱・引張り試験を行い、き裂の発生及び進展を直接観察することにより半径方向のき裂進展速度を測定する。今回（第2報）ではき裂進展をSEM内で直接観察する技術を開発した。

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材料強度を変化させたBWR燃料被覆管試験片を用いた外表面からの径方向DHC試験を実施し、材料強度とDHCき裂進展速度の関係を定量化した。

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貯蔵時近傍の温度・周方向応力条件における、使用済燃料被覆管のクリープ挙動を調査するため、使用済燃料被覆管の熱クリープ試験を実施した。現在までに、被覆管の熱クリープは照射により抑制され、その程度がクリープ変形機構に依存すること等の結果が報告されている。本報告では、BWR及びPWR55GWd/t型被覆管のクリープ試験結果等を基に、使用済燃料被覆管の熱クリープ挙動について検討しまとめた。

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出力急昇試験時の水素挙動およびそれ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装置を開発した。当該装置は遠隔操作に対応しているため照射材を用いた試験が可能である。また、未照射材を用いて予備試験を行い、燃料被覆管の内圧破裂試験が可能であることを確認した。

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