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Fission products chemisorption mechanism following severe accidents; A Separate effect study on CsOH reaction with stainless steel

シビアアクシデント時の核分裂生成物の化学吸着メカニズム; CsOHとステンレス鋼との反応に関する調査

Di Lemma, F. G.; 山下 真一郎; 中島 邦久; 高田 準太郎; 逢坂 正彦; 永瀬 文久

Di Lemma, F. G.; Yamashita, Shinichiro; Nakajima, Kunihisa; Takada, Juntaro; Osaka, Masahiko; Nagase, Fumihisa

原子炉構造材への核分裂生成物の化学吸着については、原子炉建屋内での核分裂生成物の滞留や、放射性物質の環境へのあるいは原子炉解体物への移行挙動にも影響を与えることになることから、事故時に考慮しなければならない重要な現象の一つである。そして、化学吸着に関する研究で得られた知見は、セシウム(Cs)の化学吸着に関するモデルの改善に役立つほか、福島第一原子力発電所の沈着Csの分布や特性を評価する際にも必要になることから、解体時の指針を与えることにつながると考えられる。本研究では、ステンレス鋼にCsOHを蒸着させる試験を温度(800-1000$$^{circ}$$C)や雰囲気(H$$_{2}$$/Ar, H$$_{2}$$/H$$_{2}$$O/Ar)を変えて行い、試料表面をSEM/EDXやXRDを用いて付着物の微細組織や化学組成を調べた。その結果、EDXによる微細組織観察では、CsとSiの分布が一致し、XRDパターンからは、生成したCs化合物はCsFeSiO$$_{4}$$であることが確認された。これらの結果から、ステンレス鋼中の不純物の存在が重要であり、シビアアクシデント時に安定なCs付着物が形成する可能性のあることが分かった。

Fission products chemisorption on reactor structural materials is an important phenomenon to be considered following an accident, as it can lead to retention of fission products in the containment, affecting the radioactive release to the environment and reactor decommissioning. The knowledge acquired from this study could help improve the models for cesium(Cs) chemisorption and could be applied to evaluate the distribution and properties of Cs deposits in the Fukushima-Daiichi Nuclear Power Plant, providing guidance for its decommissioning. Our studies were performed vaporizing CsOH over stainless steel samples, varying experimental parameters, such as temperature (800-1000$$^{circ}$$C) and atmosphere (H$$_{2}$$/Ar, H$$_{2}$$/H$$_{2}$$O/Ar). Sample surfaces were analyzed by SEM/EDX, XRD to evaluate the deposit microstructure and chemical composition. The EDX characterization results demonstrate a congruent distribution between Cs and Si, and the XRD patterns indicate the formed Cs compound as CsFeSiO$$_{4}$$. These results show the importance of the presence of impurities in stainless steel, affecting the formation of stable Cs deposits.

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