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First-principles calculation of hydrogen absorption to a planar vacancy cluster in zirconium

ジルコニウム中の平面空孔クラスタへの水素吸着に関する第一原理計算

板倉 充洋  ; 沖田 泰良*

Itakura, Mitsuhiro; Okita, Taira*

現在核廃棄物を減らす新型原子炉の設計が行われており、その原子炉で使用する燃料被覆管の安全性について原子力機構, 東京大学, 日立製作所で共同研究を行っている。これまでより強い照射条件において被覆管の寿命の決定因子である水素化物析出までの時間がどのように変化するかを理論的なモデルにより予測し、適切な材料を開発することが目的である。本発表では照射欠陥クラスタへの水素偏析が駆動現象になると仮定し、その仮定を検証するため第一原理計算で純Zr中の空孔クラスタや積層欠陥への偏析エネルギー等を評価した結果を公表する。得られた結果は、最終的な材料開発に不可欠なモデルのパラメータを与えるものであり、新型炉の設計に大きく貢献するものである。

Time to hydride precipitation in Zircalloy fuel cladding determines the lifetime of the fuel cladding of nuclear reactors. For the design of a new reactor with increased irradiation to transmute TRU elements and reduce waste, the effect of irradiation on the hydride formation must be evaluated. We carried out ab-initio calculations of vacancy cluster and the segregation of hydrogen to the cluster to deduce the fundamental parameters for the modeling of hydride formation. The results are indispensable for the design of the new reactor.

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