高温ガス炉用耐酸化燃料要素の製造および検査技術開発

Development of fabrication and inspection technologies for oxidation-resistant fuel element for high-temperature gas-cooled reactors

相原 純 ; 安田 淳*; 植田 祥平   ; 小河 浩晃  ; 本田 真樹*; 大平 幸一*; 橘 幸男 

Aihara, Jun; Yasuda, Atsushi*; Ueta, Shohei; Ogawa, Hiroaki; Honda, Masaki*; Ohira, Koichi*; Tachibana, Yukio

原子力機構は、深刻な酸化事故時の高温ガス炉(HTGR)の安全性向上のため、日本原子力研究所(現・原子力機構)で行われた先行研究に基づき耐酸化燃料要素の製造技術開発を行った。被覆燃料粒子(CFP)の模擬であるアルミナ粒子をSi及びC及び少量の樹脂の混合粉末でオーバーコートし、型に詰めて熱間加圧しSiC/C混合母材を持つ耐酸化燃料要素(模擬)を焼成した。母材のSi/C比が1.00である耐酸化燃料要素(模擬)が製造され、母材のX線回折スペクトルからSiとCのピークは検出されなかった。燃料要素中のCFPの破損割合はHTGR燃料の非常に重要な検査項目の1つである。そのためにはCFPが追加破損を起こさないように燃料要素から取り出すことが必要である。このCFP取り出しの方法を開発した。SiCのKOH法または加圧酸分解法による溶解がこの方法として適用できる見通しを得た。ただし、CFPの外側高密度熱分解炭素(OPyC)層が残っていることが必要である。OPyC層の一部または全部は燃料要素の焼成中に混合粉末中のSiと反応してSiCに変化するものと予測される。

Development of fabrication and inspection technologies of oxidation resistant fuel element for improvement of safety of high temperature gas-cooled reactors (HTGRs) in severe oxidation accident was carried out. Simulated coated fuel particles (CFPs), alumina particles, were over-coated with mixed powder of Si, C and small amount of resin to form over-coated particles, and over-coated particles were molded and hot-pressed to sinter simulated oxidation resistant fuel elements with SiC/C mixed matrix. Simulated oxidation resistant fuel elements with matrix whose Si/C mole ratio is 1.00 were fabricated. Failure fraction of CFPs in fuel elements is one of very important inspection subjects of HTGR fuel. It is essential that CFPs are extracted from fuel elements without additional failure. Development of method for extraction of CFPs was carried out. Desolation of SiC by KOH method or pressurized acidolysis method should be applied to extraction of CFPs.