The Relationship between the amount of oxidation and activation energy on the steam oxidation reaction of Zircaloy-4 cladding

Zircaloy-4被覆管の水蒸気酸化反応における酸化量と活性化エネルギーとの関係

天谷 政樹  ; 永瀬 文久 

Amaya, Masaki; Nagase, Fumihisa

水蒸気による被覆管酸化の活性化エネルギーと酸化量の関係を熱重量分析により調べた。Zircaloy-4被覆管から調製したリング状試験片を熱天秤に吊り下げ、アルゴン-水蒸気ガス流中にて室温から約1400Cの温度範囲で酸化に伴う試験片の重量増加を連続して測定した。測定された重量増加に基づき、非定温速度論を適用して水蒸気酸化反応の活性化エネルギーを求めた。その結果、酸化の活性化エネルギーが試験片の重量増加量に依存することがわかった。活性化エネルギーは30から120g/m及び120g/mを超える範囲で、それぞれ約-300及び-180kJ/molの一定値を示した。120g/mを超える範囲での活性化エネルギーについては、文献値とよく一致した。得られた活性化エネルギーを用いて、試験片の重量増加を定式化した。

The relationship between oxidation amount and the activation energy of cladding oxidation by steam was investigated by thermogravimetry. Ring-shaped specimen which was prepared from a Zircaloy-4 cladding tube was hanged in a themobalance, and specimen weight gain due to oxidation was continuously measured in the temperature range from room temperature to 1400C under argon-steam gas flow. The activation energy of steam oxidation reaction was evaluated based on measured weight gains by applying a non-isothermal kinetics theory. It was found that the activation energy of oxidation depends on the amount of specimen weight gain. The activation energies showed constant values of -300 and -180 kJ/mol in the range between 30 and 120 g/m and above 120 g/m, respectively. The activation energy in the weight gain above 120 g/m agreed well with literature values. The specimen weight gains were formulated using obtained activation energies.