チタンオーバーパックの水素吸収に関する研究

Study on Hydrogen Absorption of Titanium Overpack

和田 隆太郎*; 西村 務*; 中西 智明*; 藤原 和雄*; 井上 隆夫*; 建石 剛*; 舛形 剛*

Wada, Ryutaro*; Nishimura, Tsutomu*; Nakanishi, Tomoaki*; Fujiwara, Kazuo*; Inoue, Takao*; Tateishi, Tsuyoshi*; Masugata, Tsuyoshi*

高レベル放射性廃棄物の処分容器材料として、耐食性に優れたチタンが検討されている。しかしながら、チタンは還元性環境において水の還元反応により生じた水素を吸収し、水素脆化を生じる恐れがある。そこで、還元性環境におけるチタンの水素吸収挙動を評価するために、チタンの腐食・水素吸収に関して実験的検討を行った。また、水素吸収によるチタンオーバーパック破壊挙動を評価するため、破壊力学的な観点から破損モデルを検討した。(1) 低酸素雰囲気において、溶液に浸漬したチタン試験片表面の一部を機械的に除去するスクラッチ試験を実施し、既存皮膜の変化および新生皮膜の成長現象を観察した。(2) 低酸素雰囲気を維持できるアンプル容器を用いて長期反応試験を行い、水素ガス発生量および吸収量の分析および生成皮膜の評価を行った。(3) 低酸素雰囲気下にて、チタン試験片に1000 年間の腐食量に相当するカソード電荷を印加する電気化学的加速試験を実施し、水素吸収、表面皮膜への影響を評価するとともに、自然状態での水素吸収挙動を予測した。(4) 既往の研究を調査から、溶接によるチタンオーバーパックの最大残留応力およびき裂進展挙動を評価した。また、破壊現象のモデル化の可能性を検討し、今後の課題を抽出した。

Titanium is being studied for the high-level radioactive waste package material. Titanium has good corrosion resistance, however there is the possibility of hydrogen embrittlement with absorption of hydrogen in reducing condition. Experimental studies were performed to evaluate the hydrogen absorption behaviors of titanium in reducing condition. The failure model of the titanium overpack was also examined from the viewpoint of fracture mechanism in order to evaluate the fracture behavior of the titanium overpack caused by the hydrogen absorption. (1) Scratch test was conducted in reduce condition. The surface films on the titanium specimen were analyzed to examine the changes of the existing films and the growth phenomena of the regenerated films on the titanium specimen. (2)The long-term reaction test of the titanium specimen using the glass-seal ampoules maintaining reducing condition was conducted and analyses of the hydrogen gas generation and absorption quantitative as well as the generated film evaluation were performed. (3) Under reducing condition, the electrochemical acceleration tests of the titanium specimen were conducted. The effect of acceleration rate on the hydrogen absorption and surface film was evaluated, and the prediction as to the hydrogen absorption behavior at a natural state was also made. (4) The prediction of the maximum residual stress and the evaluation of crack growth of the titanium overpack based on the previous studies were performed. Feasibility of the modeling of fracture phenomenon with existing analysis technique was examined and the items to be developed were also discussed.