Terminal solid solubility of hydrogen in hafnium

ハフニウム中の水素固溶限濃度

扇柳 仁 ; 知見 康弘; 島田 祥雄*; 中村 武彦 ; 安部 勝洋*

Ogiyanagi, Jin; Chimi, Yasuhiro; Shimada, Sachio*; Nakamura, Takehiko; Abe, Katsuhiro*

BWRの制御棒材料として用いられているハフニウム(Hf)の基本的特性を調べるため、未照射Hf材料(板材及び棒材)及び比較材としてジルカロイ-2(Zry-2)板材の水素固溶限を測定した。本測定では、水素ガス中加熱等により種々の水素含有量のHf及びZry-2試料を調製し、示差走査型熱量測定によりこれら試料中での水素化物の固溶及び析出温度等を測定した。Hfの水素固溶限はZry-2の1/7程度であり、制御棒の使用温度(約300C)において1015ppm程度であった。本研究で得られたZry-2の水素固溶限は文献値と一致し、試験データの信頼性が確認された。また、Hf中での水素化物の固溶及び析出における活性化エネルギーはそれぞれ42.0kJ/mol及び40.9kJ/molであり、Zry-2での報告値(固溶時:36.5kJ/mol,析出時:28.1kJ/mol(533K)及び21.0kJ/mol(533K))よりも大きいことがわかった。

The terminal solid solubility (TSS) of hydrogen during hydride dissolution/precipitation is determined by the differential scanning calorimetry technique for non-irradiated hafnium (Hf) that is used as control rods of light water reactors. The hydrogen concentration in hydrogenated Hf samples ranged from 27 to 300 wt ppm. The reliability of the TSS data obtained for Hf was confirmed by those for Zircaloy-2 (Zry-2) obtained in this study with the literature data, and best-fit equations for the obtained TSS curves for Hf are derived. The TSS for Hf at 573 K, which corresponds to an operational temperature of control rods in boiling water reactors, is in the range of 10-15 wt ppm, and is found to be 1/5-1/7 of the TSS for Zry-2.