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Microstructures of ZrC coated kernels for fuel of Pu-burner high temperature gas-cooled reactor in Japan

日本におけるPu燃焼高温ガス炉の燃料のためのZrC被覆核の微細構造

相原 純; 植田 祥平; 本田 真樹*; 水田 直紀; 後藤 実; 橘 幸男; 岡本 孝司*

Aihara, Jun; Ueta, Shohei; Honda, Masaki*; Mizuta, Naoki; Goto, Minoru; Tachibana, Yukio; Okamoto, Koji*

Pu燃焼高温ガス炉を実現するため、高い核拡散抵抗性および超高燃焼度達成のため、ZrCで被覆したPuO$$_{2}$$-イットリア安定化ジルコニア(YSZ)燃料核を持った被覆燃料粒子を採用した。日本原子力研究開発機構はPuO$$_{2}$$-YSZ核を模擬した粒子(CeO$$_{2}$$-YSZ粒子または市販のYSZ粒子)に対するZrC被覆を行った。CeはPuの模擬物質しして用いられた。本稿では、ZrC被覆されたCeO$$_{2}$$-YSZまたはYSZ粒子の微細構造を報告する。CeO$$_{2}$$-YSZ核はCeが多い粒とZrが多い粒から成っていた。CeO$$_{2}$$-YSZ核表面近くのCeが多い粒はZrCの原料ガスにより腐食された。YSZ核の場合、YSZ核とZrC層は結合していた。燃料コンパクト焼成を模擬した熱処理の後、ZrC層はYSZ核と完全に剥離し、破損していた。ZrC層とYSZ核の両方で顕著な結晶成長が起こっていた。ZrC層中の粒内及び粒界の両方にボイドが分布していた。更に、微細構造の観察結果に基づき、ZrC被覆PuO$$_{2}$$-YSZ燃料核の製造技術開発の方向性について議論した。

In order to realize Pu-burner high temperature gas-cooled reactor (HTGR), coated fuel particles (CFPs) with PuO$$_{2}$$-yittria stabilized zirconia (YSZ) fuel kernel coated with ZrC is employed for high nuclear proliferation resistance and very high burn-up. Japan Atomic Energy Agency (JAEA) have carried out ZrC coatings of particles which simulated PuO$$_{2}$$-YSZ kernels (CeO$$_{2}$$-YSZ particles or commercially available YSZ particles). Ce was used as simulating element of Pu. In this manuscript, microstructures of ZrC coated CeO$$_{2}$$-YSZ or YSZ particles were reported.

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