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高出力ミリ波セラミック焼結法による制御棒材の改良と長寿命化(共同研究報告書)

Improvements of the Control Rod Material for Long Lifetime by the High Power Millimeter-wave Ceramics Sintering Method

出原 敏孝*; 光藤 誠太郎*; 星月 久昇*; 小川 勇*; 柴原 格; 西 裕士; 北野 彰洋 ; 石橋 淳一

Idehara, Toshitaka*; Mitsudo, Seitaro*; Hoshizuki, Hisanori*; Ogawa, Isamu*; Shibahara, Itaru; Nishi, Hiroshi; Kitano, Akihiro; Ishibashi, Junichi

原子炉の制御棒材を形成するB4Cペレットは、高温・中性子照射等過酷な条件下におかれるため、照射損傷・変形が生じ、これが制御棒寿命の制限因子になっている。この点はシュラウド管を用いずに長寿命化が達成できれば構造が簡素化されて有益である。本研究では、ホットプレス法により成形された従来型のB4Cペレットを高出力ミリ波加熱により再焼結し、機能の向上をはかると共に、粉末B4C成形の体高出力ミリ波加熱による焼結の研究を行った。再焼結されたB4Cペレットのナノインデンテーション試験の結果、塑性値の上昇が確認された。アルミナのスクラッチ試験でも同様な結果が出ていることから、粉末の状態からB4Cを焼結することによって、さらに大きな塑性値の上昇が来たいできる結果が得られた。また、原子炉内のB4C劣化の一因と考えられる熱応力歪みの状態を調べるため、高出力ミリ波によるB4Cペレットの内部加熱を利用した、熱応力によるB4C破壊プロセスの研究を行った。1000$$^{circ}C$$程度の温度差をペレットに与えることにより、ペレット表面に亀裂及び割れを確認した。

Boron Carbide B4C pellet is an important part of control rod used to control the reactivity of nuclear reactors. B4C pellet put in a nuclear reactor suffers heavy radiation damage and deformation, which result in a partial destruction and shorten the lifetime of B4C. It is important to improve the characteristics of the B4C pellets for extension of its lifetime. As the results, if the control rod without the shroud will be available, we can realize much simpler structure. In order to improve, the B4C pellet, which was sintered by the hot-press methods, we have re-sintered it by high power millimeter wave ceramics nano-indentation test. The increase of the plasticity is observed. The same improvement of plasticity was observed in alumina pellets that were sintered by millimeter wave sintering methods. Such results imply that the further improvement is expected, if the B4C pellet is sintered from powder specimen by the high power millimeter-wave sintering method. To simulate a partial destruction of B4C pellet under the thermal stress, preliminary internal heating experiments of B4C pellet are performed by using high power millimeter-wave. At the difference between internal and surface temperatures of 1000C, the partial destructions and small cracks are observed in B4C pellet. Thes may be a kind of model experiment for destruction of B4C pellet irradiated by neutrons.

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