Microstructures and positron annihilation spectroscopy of nearly stoichiometric ZrC coating layers for advanced high-temperature gas-cooled reactor fuel

革新的高温ガス炉燃料のための定比に近いZrC被覆層の微細構造と陽電子消滅分光

相原 純 ; 前川 雅樹; 植田 祥平   ; 河裾 厚男; 沢 和弘

Aihara, Jun; Maekawa, Masaki; Ueta, Shohei; Kawasuso, Atsuo; Sawa, Kazuhiro

原子力機構は革新的高温ガス炉用燃料のために炭化ジルコニウム(ZrC)被覆技術開発を行ってきた。ZrC被覆粒子は原子力機構で臭化物法で製造され、コンパクト焼成過程の効果を調べるために熱処理された。同じC/Zr比と密度であるにもかかわらず、熱処理により、あるバッチ(Fバッチ)では顕著なZrC結晶粒成長が起こったが、別のバッチ(Gバッチ)では起こらなかった。熱処理前のZrC層のTEM/STEM観察により、GバッチではFバッチよりも遊離炭素又はボイドの分布量が多いことがわかった。また、C/Zr比と密度の評価では検出できなかったFバッチとGバッチの差は、陽電子消滅法(PAS)によっても検出された。PASの場合は試料調整がTEM/STEM観察より遥かに簡単であること、定量評価に適していることから、PASはZrC被覆燃料粒子の品質管理に適している可能性がある。PASにより検出された欠陥のキャラクタリゼーションが次の課題である。

Japan Atomic Energy Agency has started to study and develop zirconium carbide (ZrC)-coated fuel particles for advanced high temperature gas-cooled reactors. The ZrC coated particles have been fabricated at JAEA by bromide process and heat treated to investigate the effects of the sintering process of fuel compact. The remarkable ZrC crystal grain growth occurred in a batch (F-batch) but not another batch (G-batch) in spite of the same C/Zr ratio and ZrC density. TEM/STEM observation of the specimens before heat treatment clarified that much more free carbons or voids were distributed in ZrC layer in G-batch than F-batch. The difference between F- and G-batch, which could not be detected by the estimation of C/Zr ratio and the ZrC density, could be detected with positron annihilation spectroscopy (PAS). Then PAS might be suitable for the quality control method of the ZrC coated fuel particles. Characterization of the defects detected with PAS would be the next step.