レーザー局所加熱法を用いた融点測定装置の開発; 窒化物測定への適応

Development of melting point measuring device with laser local heating system; Application to measuring nitride sample

岩佐 龍磨 

Iwasa, Toma

高レベル放射性廃棄物の減容化・有害度低減のために、ADS (accelerator driven system)によるマイナーアクチノイド(MA)の核変換が検討されている。この際MAを添加して用いる燃料としては窒化物燃料が考えられており、MA添加窒化物燃料の詳細な基礎物性データの取得が必要である。燃料の重要な物性値の一つとして融点が挙げられるが、窒化物燃料は高融点であることから通常の方法では測定が困難である。そこで本研究では、非接触かつ、試料が容器と反応することのない無容器での測定が可能な、レーザーによる局所加熱と放射率測定を組み合わせた融点測定手法に着目した。放射率については、装置の拡張性の観点から、分光器を用いた測定システムを構築して測定に用いた。測定試料には、窒化物燃料の不活性母材となるZrN及び、MAの模擬物質であるErNを固溶させた(Er,Zr)Nを使用した。耐圧セル中で窒素分圧を上げ、連続レーザーによる予備加熱を行った結果、それぞれの試料について加熱時の酸化反応や熱衝撃による破断を抑えて温度変化を測定することが可能となった。分光器による測定では、試料からの放射スペクトルを取得し、分光放射輝度を導出することが可能となった。

Minor actinide (MA) transmutation by ADS (accelerator driven system) is studied for volume and radioactivity reduction of high-level radioactive waste. Candidate of the MA transmutation fuel is nitride, and it is important to acquire physical properties of the MA-bearing nitride fuel. Melting point is one of the crucial thermophysical properties, however measuring melting point of nitride fuel is difficult because of its high melting point and high radioactivity. So, this study focus on measuring melting point by combination of laser local heating and measuring spectral emissivity that is able to measure without contact and container. Considering scalability, the measuring system with spectrometer have been constructed. Samples are ZrN as the inert matrix and (Er,Zr)N solid solution as surrogate fuel material. High pressure vessel filled with pure nitrogen gas and preheating by CW laser enabls to measure with minimal oxidation and cracking by thermal shock. Measuring by spectrometer enabls to obtain thermal emission spectrum and calculate spectral radiance of sample.