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Study on effects of swift heavy ion irradiation on the crystal structure in CeO$$_{2}$$ doped with Gd$$_{2}$$O$$_{3}$$

ガドリニウム酸化物をドープした二酸化セリウムの結晶構造に対する高速イオンビーム照射効果に関する研究

田原 佑規*; Zhu, B.-L.*; 小杉 晋也*; 石川 法人   ; 岡本 芳浩  ; 馬場 祐治  ; 平尾 法恵; 堀 史説*; 松井 利之*; 岩瀬 彰宏*

Tahara, Yuki*; Zhu, B.-L.*; Kosugi, Shinya*; Ishikawa, Norito; Okamoto, Yoshihiro; Baba, Yuji; Hirao, Norie; Hori, Fuminobu*; Matsui, Toshiyuki*; Iwase, Akihiro*

軽水炉の二酸化ウラン(UO$$_{2}$$)燃料に、中性子吸収断面積の大きい希土類を少量ドープすることにより、原子炉の初期出力を制御することができる。実際のUO$$_{2}$$燃料は、100MeV前後のエネルギーを持つ核分裂片によって照射を受ける。そこで、本研究では、UO$$_{2}$$燃料の模擬物質として、結晶構造が類似している二酸化セリウム(CeO$$_{2}$$)を用い、これに少量のガドリニウム酸化物(Gd$$_{2}$$O$$_{3}$$)をドープした試料に200MeVのキセノンイオンを照射し、構造の変化を調べた。X線回折(XRD)測定の結果、CeO$$_{2}$$にGd$$_{2}$$O$$_{3}$$をドープすることにより、ドープ量に比例してCeO$$_{2}$$の格子定数が増大することがわかった。この増加の割合は、イオン照射に伴いさらに顕著になる。また、放射光を用いたX線吸収端微細構造(XAFS)測定により、Ce-O間の原子間距離が照射により変化すること、X線光電子分光(XPS)測定の結果、Ceの原子価状態が4価から低原子価状態に変化することなどを明らかにした。

In present light-water nuclear power plants, it is useful to dope some elements, which have a high neutron absorption cross section, into fuels (UO$$_{2}$$) in order to control the initial reactivity. During the operation of reactors, UO$$_{2}$$ fuels are exposed to irradiation with high energy fission products which have energies around 100 MeV. Therefore, it is important to study the effects of high energy fission products on UO$$_{2}$$ fuels. Cerium dioxide (CeO$$_{2}$$) has been used so far as a simulation material for UO$$_{2}$$ because it has the same fluorite structure as that of UO$$_{2}$$. In this study, CeO$$_{2}$$ pellets doped with Gd$$_{2}$$O$$_{3}$$ were irradiated with 200 MeV Xe$$^{14+}$$ ions to simulate the irradiation effects of high energy fission products on UO$$_{2}$$ doped with Gd$$_{2}$$O$$_{3}$$. The X-ray diffraction spectra show that the lattice constant of CeO$$_{2}$$ increases with increasing the amount of the Gd-doping. In addition, it also increases by the irradiation and the effect of the irradiation becomes more remarkable by doping Gd$$_{2}$$O$$_{3}$$.

使用言語

 :

English

掲載資料名

 :

巻

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号

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ページ数

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発行年月

 :

発表会議名

 :

24th International Conference on Atomic Collisions in Solids (ICACS-24)

開催年月

 :

2010/07

開催都市

 :

Krak$'o$w

開催国

 :

Poland

キーワード

 :

no keyword

特許データ

 :

PDF

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論文URL

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研究データの公開先DOI

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使用施設

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広報プレスリリース

 :

論文解説記事
(成果普及情報誌)

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受委託・共同研究相手機関

 :

大阪府立大学

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