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Thermal and mechanical properties of UO$$_{2}$$ and PuO$$_{2}$$

UO$$_{2}$$, PuO$$_{2}$$の機械特性と熱特性

加藤 正人  ; 松本 卓

Kato, Masato; Matsumoto, Taku

ウラン・プルトニウム混合酸化物は、マイナーアクチナイド含有MOX燃料のベースとなる材料である。そのため、UO$$_{2}$$とPuO$$_{2}$$の基礎特性を評価することは、燃料開発の基盤的な評価のために重要である。特に比熱と熱伝導率は、熱的な挙動を評価する上で重要である。しかしながら、それらのデータは、限られており、メカニズムを理解することは難しい。本研究では、超音波パルスエコー法により弾性測定を測定し、弾性定数と熱膨張率を用いて、比熱と熱伝導率を評価した。比熱は、PuO$$_{2}$$のショットキー項がUO$$_{2}$$より約1.5倍大きいためにPuO$$_{2}$$の比熱が高くなり、熱伝導率は、UO$$_{2}$$に比べてPuO$$_{2}$$の熱伝導率が高いことが確認できた。本研究を通して、機械的特性と熱伝導率の関係を記述し、比熱,熱伝導率を評価できた。

Uranium and plutonium mixed oxide is base material for minor actinide (MA)-bearing MOX fuels. It is important to evaluate basic properties of UO$$_{2}$$ and PuO$$_{2}$$ as fundamental aspects of MA-bearing MOX fuel development. Especially, heat capacity and thermal conductivity of UO$$_{2}$$ and PuO$$_{2}$$ are important data to analyze thermal behaviors depending on Pu content. However, the data of PuO$$_{2}$$ is limited, and it is difficult to understand the mechanism of temperature dependence on their properties. The (Cv+Cd) of UO$$_{2}$$ and PuO$$_{2}$$ is almost same. The analysis results showed that the Schottky term of PuO$$_{2}$$ is 1.5 times as larger as that of UO$$_{2}$$. The thermal conductivity was analyzed by Slack equation. The calculation results showed that the thermal conductivity of PuO$$_{2}$$ was higher than that of UO$$_{2}$$. The relationship between mechanical and thermal properties was described, and the heat capacity and thermal conductivity were analyzed.

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