Recent studies on fuel properties and irradiation behaviors of Am/Np-bearing MOX

Am/Np含有MOXの燃料物性及び照射挙動における最近の研究

廣岡 瞬 ; 横山 佳祐 ; 加藤 正人   

Hirooka, Shun; Yokoyama, Keisuke; Kato, Masato

Am/Np含有MOXの物性測定を行い、それらの物性がどのように照射挙動に影響するか評価した。Am/NpがUと置き換わるとMOX全体の酸素ポテンシャルが上昇する傾向が得られた。また、MOX中のUとPu、UとAm、UとNpの相互拡散係数を、拡散対を用いた試験により評価した結果、拡散係数はU-Am、U-Pu、U-Npの順に大きく、また、O/M=2のときの拡散係数はO/M2の場合と比べると数桁大きいことが明らかとなった。照射中のポアの中心への移動は、ポア内で起こる物質の蒸発と凝縮が原因であると考えられている。Am/Npの含有によりMOX全体の酸素ポテンシャルが高くなることは、ポア内の、特にUOの蒸気圧を高くし、ポア移動を促進する効果につながると考えられる。また、アクチニド元素の再分布においてもポアの移動に伴う拡散現象が一つの要因として考えられており、相互拡散係数が大きいほど再分布も速い。得られた物性値は温度や酸素分圧の関係式としてモデル化することで、照射挙動解析コードに反映することが可能となった。

Property studies on Am/Np-bearing MOX were carried out and how the properties influences on the irradiation behaviors was discussed. Both Am and Np inclusions increase the oxygen potential of MOX. Inter-diffusion coefficients obtained by using diffusion couple technique indicate that the inter-diffusion coefficient is larger in the order of U-Am, U-Pu and U-Np. Also, the inter-diffusion coefficients were evaluated to be larger at the O/M = 2 than those of O/M 2 by several orders. The increase of oxygen potential with Am/Np leads to higher vapor pressure of UO and the acceleration of the pore migration along temperature gradient during irradiation. The redistributions of actinide elements were also considered with the relationship of the pore migration and diffusion in solid state. Thus, the obtained inter-diffusion coefficients directly influence on the redistribution rate. The obtained properties were modelled and can be installed in a fuel irradiation simulation code.