Manufacturing and property measurements of homogeneous simulated FP (Nd/Sm/Gd/Zr)-doped MOX

均質な模擬FP(Nd/Sm/Gd/Zr)含有MOXの作製及び物性測定

堀井 雄太 ; 廣岡 瞬 ; Vauchy, R.  ; 林崎 康平 ; 宇野 弘樹*; 田村 哲也*; 砂押 剛雄*; 大和田 英明*; 山田 忠久*; 村上 龍敏 

Horii, Yuta; Hirooka, Shun; Vauchy, R.; Hayashizaki, Kohei; Uno, Hiroki*; Tamura, Tetsuya*; Sunaoshi, Takeo*; Owada, Hideaki*; Yamada, Tadahisa*; Murakami, Tatsutoshi

核分裂生成物(FP: Fission Product)は、照射された燃料中に生成・蓄積し、燃料の熱物性に影響を与える。照射挙動のシミュレーションの精度を高めるため、FPを含む燃料の物性に関する研究が必要である。しかし、照射燃料の取り扱いの困難さから、照射燃料特性、特にMOX燃料に関する報告は世界的に少ない。また、照射済燃料には数多くのFPが含まれているため、個々のFPの影響を評価することができない。そのため、燃料特性に及ぼすFPの影響を簡便に評価できる手法を提案する必要がある。本研究では、模擬燃焼燃料として模擬FPを添加した試料を作製し、その燃料物性を測定した。評価に当たっては、ウランやプルトニウムと同様に試料中のFPの均質性が重要である。均質な試料を得るために焼結ペレットの粉砕と再焼結の工程を繰り返し、焼結するごとにEPMAとXRDにより均質性を確認した。一連の工程を3回繰り返すことで、測定に適した均質性の高い試料を作製した。模擬FPとしては、照射後のMOX燃料中で主要な固溶性FPであるSmO、GdO、ZrOを使用し、個々のFPが熱伝導率や熱膨張率などの物性に及ぼす影響を評価した。また、複数のランタノイドを含有する際の影響も評価し、比較するため、NdO、SmO、GdOを含むMOXも作製した。

Fission products (FPs), which are generated and stored in fuel matrix by irradiating nuclear fuels, affect thermo-physical fuel properties. To improve accuracy of computer simulation of irradiation behaviors, studies on the fuel properties containing FPs are needed. However, only a limited number of studies on the irradiated fuel properties, especially MOX fuels, have been reported in the world due to difficulties in handling of the irradiated fuels. Moreover, the effect of individual FP cannot be evaluated because many kinds of FPs are stored in the irradiated fuels. Thus, an alternative method should be suggested to easily study the effects of FPs on the fuel properties. In this study, fuel properties were measured to evaluate the effects of FPs by using simulated FP-doped MOX specimens instead of a real irradiated fuel. For the measurement, the homogeneity of FP in a specimen is also important, as well as uranium and plutonium. To obtain homogeneous specimens, re-grinding and re-sintering processes were repeated and the improvement was confirmed by EPMA and XRD at each set of the process. A specimen with suitable homogeneity for measurement was prepared by repeating the series of processes three times. SmO, GdO and ZrO, which are major and soluble FPs in irradiated MOX fuels, were selected as simulated FPs. The effect of individual FP on the properties, such as thermal conductivity and thermal expansion, was evaluated on the specimens. In addition, NdO, SmO and GdO co-doped MOX was also prepared to compare the influence of containing multiple lanthanides.