酸化物燃料中のHeガス挙動に関する研究,1; 析出したヘリウムによる組織変化(共同研究)

Study on helium behavior in oxide fuel, 1; Deformation of microstructure induced by precipitation of helium (Joint research)

芹澤 弘幸  ; 松永 純治*; 芳賀 芳範   ; 中島 邦久  ; 樫部 信司*; 岩井 孝

Serizawa, Hiroyuki; Matsunaga, Junji*; Haga, Yoshinori; Nakajima, Kunihisa; Kashibe, Shinji*; Iwai, Takashi

単結晶及び多結晶UO試料中に固溶しているヘリウムの析出に伴う組織変化を、FIB, FE-STEM及びFE-TEMを用いて調べた。ヘリウム放出後のマトリックスの微細組織は、放出温度によって変化することがわかった。1300Cで放出試験を実施した試料では、結晶粒内に体欠陥は見られるものの、結晶粒界は閉じていた。これに対して1700Cで放出試験を実施した試料では、結晶粒界にガスバブルが形成されており、一部の粒界は開いていることが確認された。これは、照射済み燃料の照射後加熱試験で観察されるFPガスの放出挙動と酷似している。結晶粒内に形成された体欠陥は、壁面がUOの格子面で囲まれた負結晶であり、その構造は、温度履歴とその試料が多結晶であるか単結晶であるかによって異なることがわかった。本研究では、負結晶を構成している格子面の指数を特定して、内圧と構造との関係について定性的に議論した。

This report deals with the precipitation of helium in UO matrix to deform the microstructure. The examination was performed using single and polycrystalline UO sample. The helium-treated samples under 900 atm at 1473 K were reheat-treated at much more high temperature, 1573 K or 1973 K to release the infused helium. The microstructure of the sample was examined by FIB, FE-STEM and FE-TEM. It was confirmed that precipitated helium atoms form a negative crystal in the grain or the matrix of the single crystal. At 1573 K, helium can be released without formation of intergranular tunnel since the surface diffusion coefficient of helium is large. However, some open grain boundaries were observed in the sample heat-treated at 1973 K. This might be related to the activity of helium in the grain boundary region. The structure of the negative crystal was analyzed from the view point of the thermodynamics of the surface growth.