Thermal conductivity of MOX with simulated fission products

模擬FP含有MOXの熱伝導率

堀井 雄太 ; 廣岡 瞬 ; 加藤 正人   ; 宇野 弘樹*; 小笠原 誠洋*; 田村 哲也*; 山田 忠久*

Horii, Yuta; Hirooka, Shun; Kato, Masato; Uno, Hiroki*; Ogasawara, Masahiro*; Tamura, Tetsuya*; Yamada, Tadahisa*

新型高速炉サイクルにおいて、有意量の核分裂生成物(FP)を含んだ低除染燃料が検討されている。これにより、再処理工程を削減することによる経済性の向上と、高線量のFPを含有することによるPuの核拡散抵抗性の向上が期待されている。しかし、MOX中に存在するFPはMOXの物性値に影響を及ぼすと考えられている。特に、燃料設計において最も重要な物性値の一つである熱伝導率に対しても影響を及ぼし、マイナーアクチニド(Am, Np)による影響評価がこれまでに報告されている。一方で、FPに関する報告はほとんどなく、Nd, Eu, Zr程度である。本研究では、低除染燃料に多く含まれると予想されるNdO及びSmOをMOXに対して所定量添加し、焼結ペレットの熱拡散率を測定することにより熱伝導率を評価した。マイクロ波加熱脱硝により得られた20%Pu-MOXの原料粉に対してNdO及びSmOを添加し、ボールミル混合を行った。得られた混合粉末を成型、焼結することで焼結ペレットを作製した。熱拡散率はレーザーフラッシュ法により973Kから1673Kまでの範囲で100Kごとに測定を行った。算出した熱伝導率は1400Kまでの範囲について、古典的フォノン輸送モデル=(A+BT)により、A(m・K/W)=2.010+4.810C, B(m/W)=2.510と評価した。これらの結果から先行研究と同様に、NdOあるいはSmOを添加することでフォノン散乱が促進され、熱伝導率が低下することが確認された。

The low-decontaminated fuel which contains significant amount of fission products (FPs) has been investigated as a fuel for the advanced fast reactor cycle. In this cycle, it is expected to reduce reprocessing cost and strengthen nuclear proliferation resistance of recovered plutonium accompanying high radiation dose FPs. However, FPs could affect on thermal properties of MOX. In particular, thermal conductivity is one of the most important properties for fuel design. Many studies have been reported on the thermal conductivity of MOX that evaluated the effect of plutonium and minor actinide (Am, Np) contents. However, the number of studies on the thermal conductivity of MOX containing FPs are limited; only Nd, Eu and Zr. In this study, thermal conductivity of MOX including NdO and SmO, which are expected to be the main FPs remaining as solid solutions in low-decontaminated fuel, was evaluated by measuring thermal diffusivity of sintered pellet. NdO powder and SmO powder was added into raw MOX powder of 20% plutonium content and they were milled by ball-mill. Sintered pellets were obtained by pressing and sintering this powder. The thermal diffusivities were measured by a laser flash method from 973 K to 1673 K at every 100 K. The thermal conductivities up to 1400K are expressed by classical phonon transport model as =(A+BT) where A(mK/W)=2.010+4.810C and B(m/W)=2.510. This means the thermal conductivity decreased with enhancement of phonon scattering by adding NdO/SmO, similar to the previous studies.