Microstructures observations and positron annihilation spectroscopic measurements of ZrC layers fabricated by Japan Atomic Energy Agency in recent R&D

日本原子力研究開発機構における近年のR&Dにおいて製造されたZrC層の微細構造観察と陽電子消滅分光測定

相原 純 ; 植田 祥平   ; 前川 雅樹; 河裾 厚男; 沢 和弘

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

2004年から2008年にかけて、日本原子力研究開発機構(JAEA)は、革新的高温ガス炉燃料として有望なZrC被覆燃料粒子の製造技術開発を行った。具体的には、ZrC被覆層の性能に悪影響を及ぼす過剰炭素の少ないZrC被覆の200gバッチまでのプロセスのR&Dを臭化物法で、核燃料ではなくその模擬材を用いて行っていた。本稿において著者らは、製造されたさまざまなZr/C比を持つZrC層の微細構造及び陽電子消滅測定結果、及びそれらに対する、実際の燃料の焼成を模擬した熱処理の影響について、既に幾つかの論文に報告されている事柄をまとめる。R&Dの最初期には被覆温度が振動していた。この問題を解決した後、さまざまな温度でZrC被覆試験を行い、過剰炭素の少ないZrC層を被覆できる温度を探索した。次の段階においては、定比に近いZrC層とOPyC層の連続被覆に成功した。しかし、等しいC/Zr比及びZrC密度を持つにもかかわらず、熱処理によって著しいZrC結晶成長が起こったバッチと起こらなかったバッチが存在した。これらのバッチ間の差は、陽電子消滅測定によって検出された。この結果は、PASがZrC被覆燃料粒子の品質管理に適用できる可能性があることを示すものである。

From the year 2004 to 2008, the Japan Atomic Energy Agency (JAEA) carried out the R&Ds on ZrC-coating process involving up to 200 g per batch scale with reduced excess carbon by bromide process. It should be noted that too much excess carbon adversely affects the performance of the ZrC-coating layer. In this paper, the authors summarize some characteristics of the microstructures and positron annihilation spectroscopy (PAS) of ZrC layers fabricated in the above R&D with carbon to zirconium atomic ratio (C/Zr) and the effects of the heat treatment, that imitates the thermal history of the sintering process, on the above-mentioned characteristics, reported in some papers.