Fuel performance evaluation of rock-like oxide fuels

岩石型燃料の照射挙動評価

白数 訓子  ; 蔵本 賢一; 中野 佳洋 ; 山下 利之; 木村 康彦; 二瓶 康夫; 小川 徹

Shirasu, Noriko; Kuramoto, Kenichi; Nakano, Yoshihiro; Yamashita, Toshiyuki; Kimura, Yasuhiko; Nihei, Yasuo; Ogawa, Toru

Pu利用法の一つのオプションとして、現行の軽水炉中でPuをほぼ完全に燃焼させ使用済燃料を安定な廃棄物として直接処分できる岩石型燃料とその軽水炉燃焼技術の開発を進めている。この岩石型燃料の照射挙動を評価するために、照射試験を行った。試験には、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)単相燃料,YSZ粒子をスピネルもしくはコランダム中に分散させた粒子分散型燃料,YSZ-スピネル,YSZ-コランダム,YSZ-スピネル-コランダムの均質型燃料を供した。スピネルを含む燃料は化学的に不安定であり、MgOの蒸発,燃料組織の再編成が起きることが明らかになった。燃料のスエリング挙動は燃料を粒子分散型とすることにより改善されることが確認されたが、ガス放出率は均質型燃料よりも高くなった。YSZ単相燃料のガス放出挙動と温度や燃焼度との関係は、UO燃料と類似することが明らかになった。照射試験を行った岩石型燃料のうち、YSZ単相燃料がもっとも優れた照射挙動を示した。

The concept of the rock-like oxide (ROX) fuel has been developed for the annihilation of excess plutonium in light water reactors. Irradiation tests and post-irradiation examinations were carried out on candidate ROX fuels. The ternary fuel of YSZ-spinel-corundum system, the single-phase fuels of YSZ, the particle dispersed fuels of YSZ in spinel or corundum matrix, and the blended fuels of YSZ and spinel or corundum matrix were fabricated and submitted to irradiation tests. The fuels containing spinel showed chemical instabilities with the vaporization of MgO component, which caused fuel restructuring. The swelling behavior was improved with the particle-dispersed fuels. However, the particle-dispersed fuels showed higher fractional gas release (FGR) than blended type fuels. The FGR of YSZ single-phase fuels were comparable to what would be expected for UO fuels. The YSZ single-phase fuel showed the best irradiation performance among the ROX fuels investigated.