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Structural investigation of thorium in molten lithium-calcium fluoride mixtures for salt treatment process in molten salt reactor

溶融塩炉の塩取扱いにおけるリチウム-カルシウム混合溶融塩中のトリウムの構造研究

沼倉 正彦*; 佐藤 修彰*; Bessada, C.*; 岡本 芳浩; 赤塚 洋*; 根津 篤*; 下原 康彰*; 田島 圭祐*; 川野 泰和*; 中萩 健志*; 松浦 治明*

Numakura, Masahiko*; Sato, Nobuaki*; Bessada, C.*; Okamoto, Yoshihiro; Akatsuka, Hiroshi*; Nezu, Atsushi*; Shimohara, Yasuaki*; Tajima, Keisuke*; Kawano, Hirokazu*; Nakahagi, Takeshi*; Matsuura, Haruaki*

溶融LiF-CaF$$_2$$及びLiF融体中のフッ化トリウムのX線吸収微細構造(XAFS)分析と、フッ化ジルコニウム及びフッ化イットリウムの分子動力学(MD)シミュレーションを実施した。溶融状態では、トリウムとフッ化物イオンとの間の距離はすべての組成において一定であった。しかし、デバイワーラー因子や3次キュムラントのような揺らぎ成分は、フッ化カルシウムが0.17の組成までは増加し、フッ化カルシウムの添加によって減少することがわかった。この揺らぎ成分の変化は、フッ化物イオンの数密度の違いに対応していることをつきとめた。

X-ray absorption fine structure (XAFS) measurements on thorium fluoride in molten lithium-calcium fluoride mixtures and molecular dynamics (MD) simulation of zirconium and yttrium fluoride in molten lithium-calcium fluoride mixtures have been carried out. In the molten state, coordination number of thorium and inter ionic distances between thorium and fluorine in the first neighbor are nearly constant in all mixtures. However the fluctuation factors (Debye-Waller factor and C$$_3$$ cumulant) increase until $$x$$CaF$$_2$$ = 0.17 and decrease by addition of excess CaF$$_2$$. It means that the local structure around Th$$^{4+}$$ is disordered until $$x$$CaF$$_2$$=0.17 and stabilized over $$x$$CaF$$_2$$ = 0.17. The variation of fluctuation factors is related to the number density of F$$^-$$ in ThF$$_4$$ mixtures and the stability of local structure around Th$$^{4+}$$ increases with decreasing the number density of F$$^-$$ in ThF$$_4$$ mixtures. This tendency is common to those in the ZrF$$_4$$ and YF$$_3$$ mixtures.

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分野:Nuclear Science & Technology

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