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Characterization of oxidation behaviour of boron-doped graphite

ボロン添加黒鉛の酸化挙動評価

角田 淳弥; 大崎 弘貴*; 國本 英治*; 山地 雅俊*; 小西 隆志*

Sumita, Junya; Osaki, Hiroki*; Kunimoto, Eiji*; Yamaji, Masatoshi*; Konishi, Takashi*

黒鉛材料は、黒鉛減速ヘリウムガス冷却高温ガス炉(HTGR)の炉内構造物使用される。高温ガス炉は、高温のヘリウムガスを取り出すことが可能で、固有の安全性を有する魅力的な原子炉である。高温ガス炉の炉心を支える炉心支持黒鉛構造物は、高温ガス炉で最も苛酷事象である空気(水)侵入事故において、高い安全性を確保する観点から、炉心の形状を維持し、炉心の冷却を可能にするため、耐酸化性が要求される。そのため、耐酸化性能に優れた黒鉛を開発することにより、高温ガス炉の安全性をさらに高めることが可能になる。ボロン添加黒鉛は、耐酸化性を向上させた黒鉛の候補材料であり、これまで酸化時にB$$_{4}$$CからB$$_{2}$$O$$_{3}$$に変化し、酸化の進行を防ぐことが報告されているが、ボロン添加黒鉛を炉心支持黒鉛構造物に使用するためには、その酸化メカニズムを理解する必要がある。本研究では、ボロン添加黒鉛(GB-210)について、酸化試験, 曲げ強度及び表面観察の結果から、酸化のメカニズムを定性的に評価した結果を報告する。

Graphite materials are used for the in-core components of High Temperature Gas-cooled Reactor (HTGR) which is a graphite-moderated and helium gas-cooled reactor. The HTGR is particularly attractive due to capability of producing high temperature helium gas, and its passive and inherent safety features. It is required for core support graphite structure, which support the core, to have oxidation resistance in the case of air ingress accident in order to maintain the core arrangement and cool the core from a viewpoint of ensuring high safety of HTGR. Boron-doped graphite is one of candidate materials for oxidation-resistant graphite. It was reported that B$$_{2}$$O$$_{3}$$, which was generated by oxidation of B$$_{4}$$C, prevented boron-doped graphite from oxidation. To apply boron-doped graphite to core support graphite structure of HTGR, it is necessary to understand oxidation mechanism of boron-doped graphite. This study reports evaluation results of oxidation mechanism of boron-doped graphite on the basis of oxidation test, bending strength test and surface observation.

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