Uranium dissolution and uranyl peroxide formation by immersion of simulated fuel debris in aqueous HO solution

過酸化水素水溶液への浸漬による模擬燃料デブリからのウランの溶出とウラニル過酸化物の生成

熊谷 友多   ; 日下 良二  ; 中田 正美  ; 渡邉 雅之   ; 秋山 大輔*; 桐島 陽*; 佐藤 修彰*; 佐々木 隆之*

Kumagai, Yuta; Kusaka, Ryoji; Nakada, Masami; Watanabe, Masayuki; Akiyama, Daisuke*; Kirishima, Akira*; Sato, Nobuaki*; Sasaki, Takayuki*

東京電力福島第一原子力発電所事故では核燃料と被覆管,構造材料が高温で反応し、燃料デブリが形成されたと考えられる。この燃料デブリが水の放射線分解の影響により経年変化する可能性を調べるため、模擬燃料デブリを用いて過酸化水素水溶液への浸漬試験を行った。その結果、過酸化水素の反応により、ウランが溶出し、ウラニル過酸化物が析出することが分かった。また、模擬燃料デブリ試料のうちウランとジルコニウムの酸化物固溶体を主成分とする試料では、他の試料と比較してウランの溶出は遅く、ウラニル過酸化物の析出も観測されなかった。この結果から、ウランとジルコニウムの酸化物固溶体は過酸化水素に対して安定性が高いことを明らかにした。

We investigated potential degradation of fuel debris caused by HO, which is the oxidant of major impact from water radiolysis. We performed leaching experiments on different kinds of simulated debris comprising U, Fe, Cr, Ni, and Zr in an aqueous HO solution. Chemical analysis of the leaching solution showed that U dissolution was induced by HO. Raman analysis after the leaching revealed that uranyl peroxides were formed on the surface of the simulated debris. These results demonstrate that uranyl peroxides are possible alteration products of fuel debris from HO reaction. However, the sample in which the main uranium-containing phase was a U-Zr oxide solid solution showed much less uranium dissolution and no Raman signal of uranyl peroxides. Comparison of these results indicates that formation of an oxide solid solution of Zr with UO improves the stability of fuel debris against HO reaction.