Calorimetric measurements of nuclear fuel material at high temperature

高温における核燃料物質の熱測定

菅原 透*; 遠藤 聡*; 石井 芳一*; 森本 恭一 

Sugawara, Toru*; Endo, Satoshi*; Ishii, Yoshikazu*; Morimoto, Kyoichi

核燃料ペレットの照射効果とその伝熱計算、及び核燃料材料の高温下における熱力学的性質の理論的定式化をするうえで、高温下における核燃料材料の熱測定が不可欠である。一般に鉄鋼材料やセラミックス材料の製造工程において物性値が重要となる温度は1800K以下である。一方、核燃料ペレットの中心温度は燃焼時に2000K以上に達し、かつその比熱はおおよそ1900Kからなだらかに増加した後、2670KでBredig転移を示すような、複雑な挙動を示す。したがって、核燃料材料の熱測定においては、通常の工業材料を超える温度領域に対する測定技術が要求される。本プレゼンテーションでは、これまでに試みられてきた高温比熱測定技術をレビューするとともに、グローブボックス対応の超高温落下型熱量計の技術を紹介する。

Calorimetry for nuclear fuel materials at high temperature is essential to evaluate irradiation behavior, heat transfer and phase equilibria of fuel pellets. In the cases of metallurgical and ceramic engineering, the important temperature range is below about 1800 K. On the other hand, fuel center temperature is over 2000 K in an operating nuclear reactor, and heat capacity of UO shows comprehensive temperature dependence at high temperature such as anomalous increase at about 1900 K or more and Bredig transition at 2670 K. Experimental techniques of calorimetry for high temperature samples are reviewed and a calorimeter for nuclear fuel materials that we developed is described.