Determination of hydrogen concentration in Zircaloy cladding using hot vacuum extraction method with two-step heating

2段階加熱抽出によるジルカロイ被覆管の水素の定量

小畑 裕希; 豊川 琢也 ; 冨田 健; 木村 康彦

Obata, Hiroki; Toyokawa, Takuya; Tomita, Takeshi; Kimura, Yasuhiko

軽水炉燃料の高燃焼度化により、燃料被覆管に吸収される水素量が増加する。吸収された水素は、固溶限度を超えると水素化物として析出し、被覆管の脆化による破損の原因となる。そのため、被覆管母材中の水素量を正確に測定することは、被覆管の安全裕度を知るうえで非常に重要である。水素は被覆管母材のみならず酸化膜にも吸収されるため、それぞれの水素量を分けて定量する必要がある。従来の高温抽出法による測定では、酸化膜とともに被覆管全体をインパルス炉で瞬時に溶融させて 発生した水素を測定するため、被覆管の脆化と強い相関を持つ母材中の水素量のみを測定すること ができなかった。そこで、加熱温度の設定が可能な水素分析装置を導入し、2段階加熱法により酸化膜と被覆管母材の水素の分離測定を可能とした。本報告では、分離抽出温度条件の決定方法を含む測定手法について紹介する。

The amount of hydrogen absorbed to the fuel cladding increases by extended burnup fuel. The absorbed hydrogen that exceed solid solubility limit precipitates as the hydride phase. The high concentration of hydride causes the fuel cladding embrittlement which might become the origination of fractures of the cladding. Therefore, it is important to measure the hydrogen content in the cladding to estimate the safety margin of the irradiated cladding. Hydrogen is absorbed not only in the cladding metal phase, but in the oxide layer. To evaluate the embrittlement of the cladding, it is necessary to measure the hydrogen content in the cladding metal phase and oxide layer separately. Therefore, the two-step heating method can measure the amount of hydrogen in the metal phase and the oxide layer separately. This paper shows the technical review of measuring method including the technique for the determination of extraction temperature.