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Phase stability of Cs-Si-O and Cs-Si-Fe-O compounds on stainless steel

ステンレス鋼表面に形成されるCs-Si-O化合物とCs-Si-Fe-O化合物の相安定性評価

鈴木 知史 ; 中島 邦久  ; 逢坂 正彦  

Suzuki, Chikashi; Nakajima, Kunihisa; Osaka, Masahiko

福島第一原子力発電所事故などの過酷事故(SA)では、原子炉の構造材料の表面に核分裂生成物(FP)が沈着する可能性がある。FPの中でも特にセシウム(Cs)は重要であり、SA発生時には原子炉内の構造材のステンレス鋼(SS)の表面にCsケイ酸塩等の種々のCs化合物が形成される。これらのCs化合物の相安定性を評価するために、Cs-Si-O化合物のエネルギーの計算を実施した。その結果、Cs$$_{6}$$Si$$_{10}$$O$$_{23}$$がCs-Si-O化合物の中で最も安定していることが分かった。さらに、Cs-Si-Fe-O化合物のエネルギーの計算を実施した。計算結果より、Cs-Si-Fe-O化合物はCs-Si-O化合物よりも安定しており、CsSi$$_{2}$$FeO$$_{6}$$がCs-Si-O化合物およびCs-Si-Fe-O化合物の中で最も安定していることが分かった。今回の計算と過去の実験の結果によって、Cs-Si-Fe-O化合物はCs化学吸着によってSS表面に安定して形成できることが示された。

During a severe accident (SA) such as the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident, fission products (FP) can be retained on the surface of structural materials in reactors. Cesium (Cs) is an important FP, and various Cs compounds such as Cs silicates are formed on the surface of stainless steel (SS) in a reactor during a SA. We calculated total energies of Cs-Si-O compounds for evaluation on phase stability within an adiabatic approximation. The calculations indicate that Cs$$_{6}$$Si$$_{10}$$O$$_{23}$$ is the most stable of the Cs-Si-O compounds. We calculated, furthermore, total energies of Cs-Si-Fe-O compounds. These calculations indicate that Cs-Si-Fe-O compounds are more stable than C-Si-O compounds and that CsSi$$_{2}$$FeO$$_{6}$$ is the most stable of these C-Si-O and Cs-Si-Fe-O compounds within an adiabatic approximation. The results of our present calculations and our previous experiments lead to the conclusion that Cs-Si-Fe-O compounds can be stably formed on SS surface by Cs chemisorption.

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分野:Nuclear Science & Technology

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