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Recovery and restructuring induced by fission energy ions in high burnup nuclear fuel

核分裂エネルギーイオンによる高燃焼度燃料の回復と組織変化

木下 幹康; 安永 和史*; 園田 健*; 岩瀬 彰宏*; 石川 法人; 左高 正雄; 安田 和弘*; 松村 晶*; Geng, H. Y.*; 一宮 尚志*; Chen, Y.*; 金田 保則*; 岩沢 美佐子*; 大沼 敏治*; 西浦 廉政*; 中村 仁一; Matzke, H. J.*

Kinoshita, Motoyasu; Yasunaga, Kazufumi*; Sonoda, Takeshi*; Iwase, Akihiro*; Ishikawa, Norito; Sataka, Masao; Yasuda, Kazuhiro*; Matsumura, Sho*; Geng, H. Y.*; Ichinomiya, Takashi*; Chen, Y.*; Kaneta, Yasunori*; Iwasawa, Misako*; Onuma, Toshiharu*; Nishiura, Yasumasa*; Nakamura, Jinichi; Matzke, H. J.*

新クロスオーバ研究で得られた成果概要を示す。高燃焼度燃料におけるセラミックス燃料の細粒化現象についてそのメカニズム解明とシミュレーション手法の開発をすすめている。主要な強調点は以下の2点である。(1)酸化ウランの模擬資料であるセリア(CeO$$_{2}$$)を用いて、イオンインプランターによる燃焼度の模擬、タンデム加速器による核分裂照射の模擬、の2つを組合せることによって細粒化の基礎過程である亜結晶の生成を実現した。(2)実燃料で観察される、上記細粒化の発生直前の事象である、酸素の再配置現象について、計算科学において検討をすすめた。過剰な酸素が存在する場合について(過化学量論組成について)第一原理計算では形成エネルギーの計算により秩序配列を再現することができた。加速分子動力学法では、過剰な酸素原子がクラスターをつくり、常温を含む低温でも高速に拡散運動することを初めて発見した。

We show the outline of achievements of New Cross Over (NXO) project. Concerning the grain subdivision of ceramics fuel at high burnup, we are trying to clarify the mechanisms and to develop the simulation methods. The main high lights are as follow as: (1) We have reproduced the grain subdivision of CeO$$_{2}$$, by means of ion implanter and TUNDEM accelerator. (2) We performed computational science study concerning the relocation of oxygen. In case of oxygen exess conditions, first principal calculation reproduced the orderring structure. TAD calculation shows that the exess oxygen compose clusters and diffuses rapidly even if low temperature.

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