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、800C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。1300C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 800C 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 1300C, the nitride pellet still had expansion value of 0.6%, that should be taken into account when designing the pellet-cladding gap.