Study on chemical interaction between UO and Zr at precisely controlled high temperatures

精密な温度制御下でのUO-Zr高温反応試験

白数 訓子  ; 佐藤 拓未 ; 鈴木 晶大*; 永江 勇二 ; 倉田 正輝 

Shirasu, Noriko; Sato, Takumi; Suzuki, Akihiro*; Nagae, Yuji; Kurata, Masaki

ジルカロイ被覆管とUO燃料の溶融反応のメカニズム解明に資するため、温度誤差が可能な限り最小となるよう検討を行い、1840Cから2000Cの範囲でZrとUOの高温反応試験を実施した。UOるつぼにZr試料を装荷し、アルゴン雰囲気中加熱を行い、生成した反応相の成長状況や溶融状態、組織変化の観察を行った。1890 Cから1930 Cで加熱した試料は、丸く変形しており、-Zr(O)相と、少量のU-Zr-O溶体相で形成されていた。1940C以上で加熱した試料は大きく変形し、急激に溶体形成反応が進行する様子が観測された。U-Zr-O溶体相の形成反応はZr(O)中の酸素濃度に依存し、酸素濃度の低いZr(O)へ反応はどんどん進展する。そして酸素含有量が高いZr(O)中では、U-Zr-O溶体相の生成が抑制されることが確認された。

Interaction tests between UO and Zr were performed at precisely controlled high temperatures between 1840 and 2000 C to understand the interaction mechanism in detail. A Zr rod was inserted in a UO crucible and then heat-treated at a fixed temperature in Ar-gas flow for 10 min. After heating in the range of 1890 to 1930 C, the Zr rod was deformed to a round shape, in which the post-analysis detected the significant diffusion of U into the Zr region and the formation of a dominant -Zr(O) matrix and a small amount of U-Zr-O precipitates. The abrupt progress of liquefaction was observed in the sample heated at around 1940 C or higher. The higher oxygen concentration in the -Zr(O) matrix suppressed the liquefaction progress, due to the variation in the equilibrium state. The U-Zr-O melt formation progressed by the selective dissolution of Zr from the matrix, and the selective diffusion of U could occur via the U-Zr-O melt.