Phases and morphology in the simulated MCCI products prepared by arc melting method

アーク溶解で調製した模擬MCCI生成物中の生成相と凝固組織

高野 公秀 ; 小野澤 淳 ; 須藤 彩子 

Takano, Masahide; Onozawa, Atsushi; Sudo, Ayako

福島第一原子力発電所事故で生成した、炉心溶融物とコンクリートの反応生成物(MCCI生成物)の取出しに向けた性状把握のため、アーク溶解の手法により実験室規模で種々の模擬MCCI生成物を調製し、断面の生成相と凝固組織を観察・分析するとともに、各生成相の微小硬さデータを取得した。出発物質として、ステンレス鋼, 炭化ホウ素, 金属ジルコニウム, (U,Zr)O, 希土類酸化物, 白金族合金等の炉心成分とコンクリートの粉末を用いた。アーク溶解により、模擬MCCI生成物は酸化物部分と金属質部分に大きく分離する傾向を示し、生成する各相の傾向は、初期混合物中のコンクリート/Zr比で整理できることが分かった。これは、主要な酸化要因がコンクリートの熱分解で放出される水分である一方、金属ジルコニウムが強力な還元剤として作用するためである。各生成相の硬さは、コンクリート由来のケイ酸ガラスが7GPa程度、(U,Zr,Gd,Ca)Oコリウムが13-15GPa程度であるのに対し、最も硬いのは、ホウ素が酸化されずに残存した際に金属質部分に析出するホウ化物で、最高で25GPa程度であった。

To understand the characteristics of MCCI products in Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, the simulated MCCI products in laboratory scale were prepared by arc melting of compacted powder mixtures of core materials and concrete. Stainless steel, boron carbide, metallic zirconium, (U,Zr)O, GdO, and platinum group elements were selected as the core materials. Phases, morphology, and micro hardness were analyzed on cross-section of the solidified specimens. The specimens consisted of oxide part (MO corium and silicate glass or Al-Ca-O) and metallic part (alloys and borides). The phase relationships in the MCCI products were found to be dominated by the initial concrete/Zr mixing ratio, because the dehydration of concrete is the main oxidation factor and the metallic zirconium acts as a strong reductant. Micro hardness of main phases are 7 GPa for silicate glass, 13-15 GPa for (U,Zr,Gd,Ca)O corium, and 25 GPa for ZrB and ferrous borides, respectively.