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Diffusion behaviors of plutonium and americium in polycrystalline urania

多結晶ウラン酸化物中のプルトニウムとアメリシウムの拡散挙動

佐藤 勇; 田中 康介 ; 有馬 立身*

Sato, Isamu; Tanaka, Kosuke; Arima, Tatsumi*

ディスク状UO$$_{2}$$とAm含有MOX燃料を張り合わせて拡散対を作製し、一定の酸素分圧下で1600$$^{circ}$$Cで4.5時間アニールした。アニール後、界面近傍のアクチニド元素のプロファイルをEPMAにて測定し、平均拡散係数が10$$^{-15}$$から10$$^{-13}$$m/s$$^{2}$$であることを示したが、AmとPuで差異は明確ではなかった。この結果は照射後試験で見られるAmとPuの再分布の差異を生じるメカニズムが拡散挙動ではなく、他の機構によることを示している。また、拡散挙動は加熱時の酸素分圧・粒界の存在に依存していることがわかった。拡散挙動に対する粒界の影響から、燃料中の「実質的な」拡散の取り扱いには詳細な粒界のモデリングが必要である可能性がある。

UO$$_{2}$$ discs and Am containing MOX discs were prepared to be diffusion couples. They were annealed for 4.5 h at 1600$$^{circ}$$C in a furnace under the constant oxygen partial pressures, and then concentrations of Pu and Am across the interfaces of them were measured with EPMA. The average diffusion coefficients of Pu and Am were obtained from the concentration profiles and were between 10$$^{-15}$$ and 10$$^{-13}$$m/s$$^{2}$$, in which the difference between Pu and Am was undetermined. This indicates that the difference between redistributions of Pu and Am found in a PIE may not be caused by the diffusion but by the other transport phenomenon. Moreover, the diffusion behavior was affected by existence of grain boundaries and the oxygen partial pressure in the furnace during annealing. From the affection of the grain boundary to the diffusion, the "practical" diffusion estimation may need grain boundary modeling.

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