Development of oxygen-to-metal ratio of MOX pellet adjustment technology for the simplified MOX pellet fabrication method in the FaCT project

簡素化ペレット法のためのO/M比調整技術の開発

高野 龍雄; 須藤 勝夫 ; 武内 健太郎 ; 木原 義之; 加藤 正人   

Takano, Tatsuo; Sudo, Katsuo; Takeuchi, Kentaro; Kihara, Yoshiyuki; Kato, Masato

高速増殖炉サイクルの経済性を向上させるための重要な要求事項の一つに、MOX燃料の高燃焼度化が挙げられている。MOX燃料の高燃焼度化は燃料-被覆管の化学的相互作用(PCCI)を増大させるため、高燃焼度化を達成するにはPCCIの要因となる燃料ピン内の余剰酸素を抑制する必要がある。燃料ピン内の余剰酸素を抑制する方法として、MOXペレットの初期O/M比を下げる方法があり、O/M比1.97以下のMOXペレットの製造技術開発を進めている。MOXペレットのO/M比の調整技術は、FaCTプロジェクトにおいて実施している簡素化ペレット法の技術開発において、枢要技術の1つである。これまでのMOXペレットのO/M比の調整技術開発において、酸素ポテンシャル及び酸素相互拡散係数のデータを用いて理論的に熱処理中のO/M比の変化を推定する手法を開発した。これにより、目標とするO/M比のMOXペレットを得るための理論的な熱処理条件を設定することが可能となり、実験室規模(数百g)のMOXペレットO/M比調整試験を実施した結果、本手法による熱処理後のO/M比の推定値とほぼ一致することを確認している。ここでは、実験室規模の次のステップとして、小規模(数kg)で目標とするO/M比のMOXペレットを得ることを目的に実施した技術開発の結果について報告する。

Development of high burn-up fuels is essential to improve economy of the fast reactor fuel cycle. Increase of fuel burn-up is known to cause fuel-cladding chemical interaction (FCCI) and it mainly determines a lifetime of fuel pin. In order to extend a lifetime of fuel pin by mitigating FCCI, development of low oxygen-to-metal (O/M) MOX fuel has been carried out in plutonium fuel development center of JAEA. MOX fuel needs adjustment of the O/M ratio to less than 1.97 for high burn-up of 150 GWd/t. Therefore, O/M adjustment technology is one of the main subjects in development of a simplified MOX pellet fabrication method which has been advanced in the FaCT (Fast reactor Cycle Technology development) project. In previous work, changes in O/M ratio of MOX pellet during heat treatment were calculated from measurement results of oxygen potentials. On the basis of above calculation, heating tests were carried out to prepare low O/M ratio MOX pellets on a laboratory scale. The O/M ratios obtained in the heating tests were well consistent with calculation results. In the present study, a kilogram MOX scale furnace to adjust O/M ratio of MOX pellets for targeted value has been developed as next step.