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安全性・経済性向上を目指したMA核変換用窒化物燃料サイクルに関する研究開発,14; Heを蓄積させたCm含有窒化物ペレットの焼鈍による寸法変化挙動

R&D on nitride fuel cycle for MA transmutation to enhance safety and economy, 14; Dimensional recovery of He-accumulated nitride pellet containing Cm by annealing

高野 公秀 ; 高木 聖也

Takano, Masahide; Takaki, Seiya

MA核変換用窒化物燃料のふるまいに関して、燃料製造後の保管中に蓄積したHe原子が高温でガス放出される際の影響を明らかにするため、室温で2年間保管したCm含有窒化物燃料ペレットの焼鈍試験を行い、寸法と組織変化に関するデータを取得するとともに、過去に同様の試験を行ったCm含有二酸化物と比較検討した。焼鈍開始直前において、ペレット寸法は1.1%膨張しており、結晶格子膨張の数倍の値を示したことから、結晶粒中の原子空孔が集合してボイドを形成したことが示唆され、二酸化物には見られない新たな知見を得た。焼鈍によるペレット寸法回復挙動において、800$$^{circ}$$C以上でのHeガス放出によるスエリングは、窒化物では軽微であった。この理由として、組織観察の結果から、二酸化物に比べて窒化物では結晶粒径が小さく、開気孔が多いためと考えられる。1300$$^{circ}$$Cでの焼鈍によっても、ペレット膨張は0.6%残存しており、室温で形成されたボイドが完全に消滅しなかったことから、燃料ピンのギャップ設定に考慮する必要がある。

To clarify the influence of high temperature He gas release on the MA transmutation fuel behavior, annealing experiments on a Cm-bearing nitride pellet were carried out after two years of storage at room temperature, and the results were compared with those on the Cm-bearing dioxide. Just before the annealing, the nitride pellet showed the large expansion value of 1.1%, which suggests that vacancies in grains formed voids at room temperature. During the annealing experiments, the gas swelling of the nitride pellet due to He release above 800$$^{circ}$$C was relatively slight. From the microstructure images, smaller grains and higher open-porosity of the nitride pellet resulted in the slight gas swelling. After the annealing at 1300$$^{circ}$$C, the nitride pellet still had expansion value of 0.6%, that should be taken into account when designing the pellet-cladding gap.

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