Characterization of solidified melt among materials of UO fuel and BC control blade

UO燃料及びBC制御棒材料間の溶融固化物の性状評価

高野 公秀 ; 西 剛史; 白数 訓子  

Takano, Masahide; Nishi, Tsuyoshi; Shirasu, Noriko

福島第一原子力発電所事故で生じた炉心溶融固化物中の基礎的な化合物相関係を推測するため、炉心材料をアーク溶融し、固化物中に生じる相と組成をX線回折、顕微鏡観察及び元素分析により評価した。生成した酸化物セラミック相は(U,Zr)Oのみであるのに対し、金属質部分には安定な相としてFe-Cr-Ni合金と(Fe,Cr,Ni)(U,Zr)で表される金属間化合物に加え、ZrB及びFeB型の(Fe,Cr,Ni)Bホウ化物が析出した。酸化性雰囲気下1773Kで焼鈍した結果、合金及びZrB中のウランとジルコニウムが選択的に酸化して(U,Zr)O層を表面に形成し、内部の金属質部分には(Fe,Cr,Ni)BとFe-Cr-Ni合金が主要な相になることがわかった。これらの金属質部分の相関係は、金属ジルコニウムの初期含有率が支配的因子であることを明らかにした。生成した各相について、基本的な機械特性である微小硬度を測定した結果、ホウ化物、特にZrBが顕著に高硬度であることがわかった。

To predict phase relationships in the solidified core melt of Fukushima Daiichi Nuclear Power Plants, the solidified melt samples among core materials were prepared by arc melting. Phases and compositions in the samples were determined by X-ray diffraction, microscopy and elemental analysis. The only oxide phase formed is (U,Zr)O. The stable metallic phases are Fe-Cr-Ni alloy and FeZr-type (Fe,Cr,Ni)(Zr,U) intermetallic. The borides, ZrB and (Fe,Cr,Ni)B, are solidified in the metallic part. Annealing at 1773 K under an oxidizing atmosphere resulted in the oxidation of uranium and zirconium in the alloy and ZrB, instead the (Fe,Cr,Ni)B and Fe-Cr-Ni alloy became dominant. The metallic zirconium content in the melt is found to be a key factor that determines the phase relationships. As a basic mechanical property, the microhardness of each phase was measured. The borides showed notably higher hardness than any other oxide and metallic phases.