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高温ガス炉用炭素繊維強化炭素複合材料の開発

Development of the carbon fiber reinforced carbon-carbon composite for High Temperature Gas-cooled Reactors

曽我部 敏明; 石原 正博; 馬場 信一; 小嶋 崇夫; 橘 幸男; 伊与久 達夫; 星屋 泰二; 平岡 利治*; 山地 雅俊*

Sogabe, Toshiaki; Ishihara, Masahiro; Baba, Shinichi; Kojima, Takao; Tachibana, Yukio; Iyoku, Tatsuo; Hoshiya, Taiji; Hiraoka, Toshiharu*; Yamaji, Masatoshi*

高温工学に関する先端的基礎研究のうち、高温ガス炉技術の高度化のための原子炉要素技術の研究開発として炭素繊維強化炭素複合材料(C/C複合材料)製制御棒被覆管の研究開発を進めている。また、実用化に反映可能となる物性予測,評価に関する基礎的な研究を「耐熱セラミックス複合材料の照射損傷機構に関する予備試験」の一環として進めている。本報告は、これまで行ってきたC/C複合材料に関する研究開発についてまとめたものである。開発に当たっては、材料特性,構造物の製作可能性,安定供給性,コストなどを考慮し、C/C複合材料の試作・検討により有望な材料を開発した。材料特性としては、引張強さや曲げ強さ等の機械的強度が高いこと、破断ひずみが大きくかつ靭性が高いこと、中性子照射に対して寸法変化が少なく安定性が高いこと等を考慮している。その結果、炭素繊維としてポリアクリロニトリル系の平織りクロス,マトリックス材としてピッチを用い、さらに耐照射損傷性を高めるための特別な熱処理及び原子炉級に不純物を除去する高純度化を施した2次元炭素繊維強化炭素複合材料(2D-C/C複合材料)を開発した。

Carbon Fiber Reinforced Carbon-carbon Composites, C/C composites, have been developed and extensively studied their characteristics. C/C composites are considered to be promising materials for the application of a control rod in the next high performance high temperature gas-cooled reactors. In the present paper, details of the development of the candidate C/C composite are described. In the course of the development of the material, especially, feasibility of the production, stableness of the supply and cost are much taken into consideration. As the physical properties of the material, high mechanical strength such as tensile and bending, high fracture strain and fracture toughness and low dimensional change by neutron irradiation have to be met. The developed 2D-C/C composite consists of plain-weave PAN-based carbon fiber cloth and pitch derived matrix. Also, high purification up to the level of nuclear grade was successfully attained in the composite.

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