レーザー局所加熱による核燃料の融点高速測定装置の開発

Development of the installment for measuring melting temperature of nuclear fuels with laser surface melting method

原田 誠; 有馬 立身*

Harada, Makoto; Arima, Tatsumi*

核燃料の融点は原子炉の安全性評価において重要な物性値である。従来、核燃料の融点評価の際には試料を金属容器に封入しており、高温領域において試料内のPuOと容器が反応することが問題となっていた。そこで、本研究ではレーザー表面融解法に着目した。この手法では高出力レーザーを用いて表面を局所的に融解させるため、試料自身が容器となる。しかし、試料を直に温度測定を行うため試料自身の放射率が必要となる。そこで、レーザー表面融解と放射率測定を同時に行える融点評価装置の開発を行った。本研究では試料として白金および核燃料模擬物質の黒色ジルコニアを用いた。積分球を用いた融点測定では、白金の融点が7%程度低く見積もられたが安定して評価でき、加熱用レーザーの照射を工夫することで黒色ジルコニアの融点も評価できた。マルチチャンネル分光器を用いた融点測定では、黒体炉を用いてマルチチャンネル分光器の校正を行い、白金および黒色ジルコニアの凝固時の信号を取得できた。

Melting temperature of nuclear fuels is important for safety assessment in nuclear reactor. In conventional method, they were measured using a metallic capsule, but a small extent of reactions was observed. In this study, laser surface melting method was applied. This method is to melt about 1 mm diameter of sample's surface, so container isn't needed. On the other hand, this method measures temperature from the sample directly, so its emissivity has to be determined. Therefore, some devices was used to measure its emissivity. In this study, Platinum and Black ZrO were used as a reference and a surrogate material, respectively. Using integrating sphere, melting temperature of Platinum was obtained at 7% lower than reference value and of Black ZrO was enabled to obtained with changing the condition of laser heating. Using multichannel spectrometer, it was calibrated using a blackbody furnace and thermal radiation spectrum of samples in freezing point was obtained.