Preparation and characterization of simulated fuel debris specific to the Fukushima accident

福島第一原子力発電所事故に特有な模擬燃料デブリの調製と性状評価

高野 公秀 ; 西 剛史; 小野澤 淳 

Takano, Masahide; Nishi, Tsuyoshi; Onozawa, Atsushi

福島第一原子力発電所(1F)事故炉の燃料デブリ取出しとその保管・管理検討に反映するため、1F事故に特有な条件を考慮した種々の模擬燃料デブリを調製し、生成相や硬さ等の性状評価を実施している。ここでは特に、海水塩と燃料デブリの高温反応生成物と、BC制御棒と燃料の溶融固化物中の生成相について報告する。海水塩成分中の金属元素では、硫酸塩として析出するCaが最も燃料デブリとの反応性が高く、雰囲気中の酸素分圧に応じて(U,Zr)O中に固溶したり、デブリ表面にCa-U-O系のウラン酸塩を形成することを明らかにした。一方、炉心構成材としてBC, ステンレス鋼, Zr, (U,Zr)O等を種々の比率で混合し、アーク溶解により溶融固化した結果、制御材由来のホウ素は、ZrB及び(Fe,Cr,Ni)Bで表されるホウ化物として合金相中に分散析出することを明らかにした。さらに、これらホウ化物や合金相の間の相関は、溶融前のB/Zr比の大小によって整理できることを示すとともに、熱力学的評価により妥当であることを確認した。

Since the severe accident at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant, we have been studying the characteristics of fuel debris in order to contribute to its removal operation and management. First, a series of reaction experiment on (U,Zr)O with natural sea salt were performed to clarify the chemical influence of sea salt deposit on high-temperature corium. It was found that CaO decomposed from sulphate is most reactive to form (U,Zr,Ca)O solid solution or Ca-U-O uranate on the surface, depending on the oxygen partial pressure. Then, some compacted mixtures of BC, stainless steel, Zr, and (U,Zr)O were arc-melted to investigate the boron-containing compounds in the fuel debris. ZrB and (Fe,Cr,Ni)B were found to precipitate in the alloy part of solidified sample. The phase relationships within these borides and alloy phases can be characterized by the initial B/Zr ratio in the mixture.