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Development of cesium trap material for coated fuel particles in high temperature gas-cooled reactors

高温ガス炉燃料被覆層のためのセシウムトラップ材の開発

佐々木 孔英  ; 三浦 柊一郎*; 福元 謙一*; 後藤 実 ; 大橋 弘史 

Sasaki, Koei; Miura, Shuichiro*; Fukumoto, Kenichi*; Goto, Minoru; Ohashi, Hirofumi

高温ガス炉燃料用のCsトラップ材を開発するため、BiとSbを候補材としてCs-BiやCs-Sbをグラファイト吸収させた試験片を準備し、1500$$^{circ}$$Cまでの熱分析(TG)にて高温下における化学的安定性を評価した。実験の結果、Csは、BiよりもSbと化合することで1500$$^{circ}$$C CTGを経ても良好な安定性を確認できた。なお、何れの試験片においても800$$^{circ}$$Cから1000$$^{circ}$$Cの領域で見られた急激な重量減少は、試験片からCs(沸点671$$^{circ}$$C)が蒸発したためと考えられる。TG後のCs-Sb/グラファイト試験片中にCs-Sb析出物が見られ、その組成はCs$$_{3}$$Sbと同定できた。この実験結果から、Sbはグラファイト中に分散させるCsゲッター材として機能し得ることが分かった。今後、高温ガス炉燃料へのCsトラップ材としての適用性を評価するためには長時間加熱試験の実施が求められる。

Cs-Bi and Cs-Sb absorbed graphite samples (Cs-Bi/graphite and Cs-Sb/graphite) were synthesized and their high temperature chemical stabilities were tested up to 1500$$^{circ}$$C by TG and analyzed by TEM-EDS for the development of Cs trap material in high temperature gas-cooled reactor (HTGR) fuel particles. It was observed that Cs was stabilized by Sb but not by Bi in the specimens after the TG test. A rapid weight loss from 800 to 1000$$^{circ}$$C may be caused by evaporation of Cs (boiling point: 671$$^{circ}$$C) was seen in the TG result of both specimens. Precipitated Cs-Sb substance in the graphite matrix were not resolved even after the 1500$$^{circ}$$C heating. The chemical composition of the Cs-Sb was specified as Cs$$_{3}$$Sb. The experimental results suggest that Sb have potential to be a Cs getter material in graphite matrix. Long term heating test should be performed to confirm adaptability of Sb for Cs trap material in HTGR fuel particles.

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