Lattice and bulk expansion of Cm-doped nitride induced by self-irradiation damage at room temperature

Cmを添加した窒化物の室温自己照射損傷による結晶格子とバルクの膨張

高野 公秀 ; 高木 聖也  

Takano, Masahide; Takaki, Seiya

核変換用窒化物燃料の特性把握の一環として、燃料製造後の室温保管中の線自己照射損傷による結晶格子とバルクの膨張に関する相関データを取得した。ZrNを不活性母材とした(Pu,Cm,Zr)Nで表される窒化物燃料ペレットを作製し、室温での格子定数とペレット寸法を3000時間以上に渡って繰り返し測定することで、経時変化を比較検討した。格子定数変化はモデル式によく則っており、0.49%膨張して一定値に飽和した。この値は過去に取得したCmNの値(0.43%)より大きい。その主要因として、格子定数の小さいZrNと固溶体化したことで金属原子密度が増大したことが考えられる。一方、ペレット寸法(直径及び高さ)は格子定数とほぼ同期して膨張し、0.5%強に飽和した。この類似性から、室温におけるペレット寸法変化の主要因は、フレンケル欠陥蓄積による結晶格子膨張であることがわかった。

To understand behavior of the nitride fuel for minor actinide transmutation, lattice and bulk expansion of the nitride fuel pellet induced by self-irradiation at room temperature was investigated. Lattice parameter and dimensions of the (Pu,Cm,Zr)N nitride fuel pellet were repeatedly measured at room temperature as a function of storage period, and their relationship was considered. The lattice expansion followed the model equation well, and saturated to 0.49%, which is greater than that for CmN. The higher density of metallic elements in (Pu,Cm,Zr)N can be the main cause of the greater expansion. On the other hand, both the pellet diameter and height increased with the expansion curve similar to the lattice expansion, and saturated approximately to 0.5%. From this similarity we have found that the main cause of the bulk expansion is the lattice expansion due to the accumulation of Frenkel defects.