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Irradiation effects of ADS target window materials on corrosion in liquid metal

ADSターゲットビーム窓材の液体金属中腐食に及ぼす照射の影響

大久保 成彰  ; 藤村 由希; 喜多村 茜; 奥野 泰希

Okubo, Nariaki; Fujimura, Yuki; Kitamura, Akane; Okuno, Yasuki

日本原子力研究開発機構では、使用済核燃料の減容化に向けて、加速器駆動未臨界システム(ADS)の研究開発を行っている。ADSでは、核破砕中性子源及び炉心冷却材として、鉛ビスマス液体金属を用いる。本研究では、ADSターゲット窓候補材に対して、イオン照射後に鉛ビスマス中にて浸漬試験を行い、材料腐食に及ぼす照射の影響を評価した。照射温度450$$^{circ}$$C、表面にて4、8dpaの損傷量までFeイオン照射したSUS316L鋼及びT91鋼を、飽和酸素濃度及び低酸素濃度に調整した450$$^{circ}$$Cの鉛ビスマス中にて330時間浸漬し、腐食形態を断面SEMにより観察した。飽和酸素濃度下における浸漬試験の結果、316L未照射部では、不動態被膜以上の酸化被膜形成は生じなかったが、照射により1$$mu$$m程度の酸化被膜の形成が観察された。T91においても同様に、照射部において酸化被膜の形成が促進された。316L照射部の酸化被膜形成速度は、未照射部の約2倍であった。照射部では、450$$^{circ}$$C照射により転位組織やボイド等が形成し、その後の450$$^{circ}$$Cの鉛ビスマス中浸漬温度によりボイドは熱分解し、空孔を介して鉄や酸素原子の拡散が促進されることにより、照射部では酸化速度が増えていると考えられる。

Japan atomic energy agency has been conducting research activities for developing the accelerator driven system (ADS), which is expected to reduce and transmute radioactive wastes involved in spent fuels by nuclear power plants. The ADS adopts a liquid metal of lead-bismuth eutectic (LBE) as a coolant and also spallation target to produce high energy neutrons. In this study, effect of irradiation on corrosion behavior was evaluated for 316L stainless steel and T91 ferritic martensitic steel, which are candidate materials of ADS target window, through the immersion test under LBE with saturated and low oxygen concentration followed by ion irradiation experiment. In the case of soaking in LBE with saturated oxygen concentration for SS316L steels at 450$$^{circ}$$C, 330 hrs, non-irradiated region did not show clear oxide layer, however, irradiated region showed bi-layers of magnetite and spinel type oxides. The formation rate of oxide layer for irradiated region, 26 $$mu$$m/year, was about twice faster than that of non-irradiated region, 12 $$mu$$m/year. This result suggests that diffusion behavior after irradiation and mass transfer in the interface between LBE and steel surface is important for understanding of irradiation effect on liquid metal corrosion.

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