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ジルコニウムの硝酸溶液中における$$gamma$$線照射下での放射線分解水素吸収挙動

Hydrogen absorption behavior on zirconium under $$gamma$$-radiolysis of nitric acid solution

石島 暖大 ; 上野 文義  ; 阿部 仁 

Ishijima, Yasuhiro; Ueno, Fumiyoshi; Abe, Hitoshi

ジルコニウム(Zr)は沸騰硝酸中での耐食性に優れることから使用済燃料再処理機器の構造材料として使用されている。一方、使用済燃料溶液中で放射線分解水素が発生すること、またZrは水素ぜい化を生じる事も知られているため、Zrの硝酸溶液中における放射線分解水素吸収挙動の解明は重要である。本研究では、$$gamma$$線照射下での硝酸中浸漬試験を実施し、Zrの放射線分解水素吸収挙動を検討した。試験の結果、5および7kGy/hrの線量率において3mol/Lまでの硝酸溶液中でZr放射線分解水素を吸収した。水素吸収量は、放射線分解水素発生量と相関がみられ、また吸収された水素はZr表面に集中して水素化物を生成していた。これは、Zrの水素固溶量が極めて低く水素化物を生成しやすいためである。またこの表面に生成した水素化物により金属内部への水素拡散が抑制されること、さらに放射線分解水素吸収による水素侵入深さをZr水素化物中の水素拡散定数から評価可能であることも明らかにした。

Zirconium (Zr) has been used as a structural material at the spent nuclear fuel reprocessing plant in Japan because of its excellent corrosion resistance against nitric acid solution. And the radiolytic hydrogen is known to be generated in the spent nuclear fuel solution. Zr is known to be highly susceptible to hydrogen embrittlement. Therefore, evaluating the radiolytic hydrogen absorption behavior of Zr in nitric acid solution (HNO$$_{3}$$) is essential. In this study, immersion tests were conducted on Zr in nitric acid solutions under $$gamma$$-ray irradiation to evaluate its radiolytic hydrogen absorption behavior. Results showed that hydrogen concentration on Zr increased both in 1-3 mol/L HNO$$_{3}$$ and pure water at 5 and 7 kGy/h after immersion. The amount of hydrogen absorption on Zr under $$gamma$$-ray irradiation had a direct correlation with the radiolytic hydrogen generation value in HNO$$_{3}$$. The results of glow discharge optical emission spectrometry, thermal desorption spectroscopy, and X-ray diffraction result shows that the absorbed radiolytic hydrogen generated a hydride on the surface of Zr.

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