Influence of gamma-ray irradiation on mechanical property of YSZ for oxygen sensors in ADS

ADSにおける酸素センサ用YSZ素子の強度特性に及ぼす線照射の影響

大久保 成彰   ; 奥野 泰希; 喜多村 茜; 田口 富嗣*

Okubo, Nariaki; Okuno, Yasuki; Kitamura, Akane; Taguchi, Tomitsugu*

原子力機構で開発を進めている加速器駆動核変換システム(ADS)では、冷却材及び核破砕ターゲットとして液体鉛ビスマス共晶合金(LBE)を用いる。ADSでは、LBE中の酸素制御が重要な技術開発項目である。酸素センサ素子にはイットリア添加ジルコニア(YSZ)が用いられるが、ADSでは、放射化したLBEから線照射を受けるため、線照射環境下での酸素センサの信頼性評価が必要である。本報告では、各種YSZの強度特性に及ぼす線照射の影響を調べた。イットリア添加濃度を3, 6, 8mol%と変えた3種類のYSZ曲げ試験片に対して、実機1年間運転後のLBEから受ける線量に相当する1及び2kGy/hの線量率にて、線照射を行った。照射後に、4点曲げ試験, XRD, SEM観察及びラマン分光による評価を行い、以下の結果を得た。8Y, 6Yでは、線照射による強度変化や破面の形態変化は見られず、一方、3Yでは、XRDにより、強度変化に影響を及ぼすほどではないが、照射量に依存した、正方晶から単斜晶への相変態を示す結果が得られた。これは、線照射により予め相変態が誘起されたことを示し、ラマン分光測定によっても、相変態を示す結果が得られた。

Accelerator driven system (ADS) adopts the lead-bismuth eutectic (LBE) as both coolant and spallation target. The oxygen concentration control is one of the most important technical developments. Estimation of durability under gamma-ray irradiation for the oxygen sensor is necessary for the integrity evaluation of ADS components. The Zirconia added by Yttria (YSZ) is the main element in oxygen sensor. Effect of gamma-ray irradiation on the mechanical property and structural change for three types of YSZ with 3, 6, 8 mol% Yttria was evaluated by using 4 points bend test, XRD, SEM and Raman spectroscope. The gamma-ray irradiations were conducted at 1 and 2 kGy/h, which corresponded to the LBE activity after 1 year ADS operation. In the cases of 8Y and 6Y, degradation of strength was not measured and the fracture surface did not change the morphology. In the case of 3Y, however, the strength did not change but phase transformation from tetragonal to monoclinic crystal structure was observed in XRD results, depending on the irradiation dose. This implies that the gamma-ray irradiation causes the phase transformation in 3Y-YSZ.