Oxygen potential, oxygen diffusion, and defect equilibria in UO

UOにおける酸素ポテンシャル、酸素拡散及び欠陥平衡

渡部 雅  ; 加藤 正人   

Watanabe, Masashi; Kato, Masato

UOの酸素ポテンシャル及び酸素拡散係数は燃料性能に大きな影響を与えるため、多くの実験データが取得されてきた。しかしながら、1673 K以上の高温領域における酸素ポテンシャル及び酸素拡散係数のデータは非常に少ない。本研究ではこれらのデータを取得し、欠陥化学によって解析することを目的とした。1673-1873 Kにおける定比組成近傍のUOの酸素ポテンシャル及び酸素化学拡散係数を気相平衡法によって測定した。測定した酸素ポテンシャルと文献値のデータを欠陥化学により解析し、UOの酸素ポテンシャルを温度及びO/U比の関数として定式化した。本研究で得られた酸素化学拡散係数は文献値との比較から妥当な値と判断された。酸素ポテンシャルの測定結果から酸素化学拡散係数は酸素分圧依存性を有することが推測されたが、実験データから明確な依存性は確認できなかった。

Since the oxygen potential and the oxygen coefficient of UO have a significant impact on fuel performance, many experimental data have been obtained. However, experimental data of the oxygen potential and the oxygen diffusion coefficient in the high temperature region above 1673 K are very limited. In the present study, we aimed to obtain these data and analyze them by defect chemistry. The oxygen potentials and the oxygen chemical diffusion coefficient of UO were measured by the gas equilibrium method in the near stoichiometric region at temperatures ranging from 1673 to 1873 K. A data set of oxygen potentials was made together with literature data and analyzed by defect chemistry. The oxygen potential of UO was determined as a function of O/U ratio and temperature, and an equation representing the relationship was derived. The oxygen chemical diffusion coefficient values obtained in this study were reasonably close to the literature values. The oxygen partial pressure dependence of the oxygen chemical diffusion coefficients was predicted from the evaluated results of the oxygen potential data, but no clear dependence was observed.