合金相を含む燃料デブリの安定性評価のための基盤研究,3; ウラン-ステンレス鋼系模擬デブリの合成と構造解析

Research on the stability of fuel debris consisting of oxides and alloys, 3; Synthesis and structure analysis of simulated fuel debris in the UO-SS system

秋山 大輔*; 桐島 陽*; 佐藤 修彰*; 佐々木 隆之*; 渡邉 雅之   ; 熊谷 友多   ; 日下 良二  

Akiyama, Daisuke*; Kirishima, Akira*; Sato, Nobuaki*; Sasaki, Takayuki*; Watanabe, Masayuki; Kumagai, Yuta; Kusaka, Ryoji

東京電力福島第一原子力発電所(1F)事故では、溶融した燃料がステンレス等の鉄を主成分とした構造材と高温で反応し、合金相を含む燃料デブリが形成されたとみられる。今後、取出しや処理・処分に際して、燃料デブリの性状を予測することが重要となる。本研究では、ウラン-ステンレス鋼系模擬デブリを雰囲気を変えて、高温で合成し、XRD及びSEM-EDXにより構造解析を行った。酸化雰囲気で調製したウラン-ステンレス系模擬デブリ試料中にはウランや鉄の酸化物に加えて、ウランと鉄の複合酸化物が確認された。別途調製したウラン-鉄系模擬デブリでは複合酸化物相は確認されず、一方でウラン-クロム系模擬デブリではウランとクロムの複合酸化物が生成された。このことから、ウランと鉄、クロムの複合酸化物は酸化雰囲気においてクロムが存在する場合に生成すると考えられる。

Fuel debris is expected to be generated by pyrochemical reactions between the molten fuel and the reactor structural materials during the course of the 1F severe accident. For the retrieval of the fuel debris as well as the treatment and the disposal, estimating the debris characteristics is indispensable. Hence, we have synthesized simulated fuel debris form UO and stainless steel (SS) and analyzed the structure of the simulated fuel debris by XRD and SEM-EDX. In the UO-SS system, the simulated fuel debris synthesized under oxidative conditions contained uranium-iron multiple oxide in addition to simple oxides of uranium and iron. However, the formation of uranium-iron multiple oxide was not observed in the UO-Fe system. On the other hand, we found the formation of uranium-chromium multiple oxide in the simulated fuel debris prepared from UO and metal chromium. These results indicate that the multiple oxides are formed only in the presence of chromium.