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Phase analysis of simulated nuclear fuel debris synthesized using UO$$_{2}$$, Zr, and stainless steel and leaching behavior of the fission products and matrix elements

UO$$_{2}$$・Zr・ステンレス鋼から合成した模擬燃料デブリの相分析と浸漬試験における母材元素および含有核分裂生成物の溶出挙動

頓名 龍太郎*; 佐々木 隆之*; 児玉 雄二*; 小林 大志*; 秋山 大輔*; 桐島 陽*; 佐藤 修彰*; 熊谷 友多   ; 日下 良二  ; 渡邉 雅之   

Tonna, Ryutaro*; Sasaki, Takayuki*; Kodama, Yuji*; Kobayashi, Taishi*; Akiyama, Daisuke*; Kirishima, Akira*; Sato, Nobuaki*; Kumagai, Yuta; Kusaka, Ryoji; Watanabe, Masayuki

UO$$_{2}$$・Zr・ステンレス鋼を出発物質として模擬デブリを合成し、形成された固相の分析と浸漬試験を行った。主要なU含有相は合成条件に依存し、不活性雰囲気下・1473KではUO$$_{2}$$相が維持されていた。1873Kでは(U,Zr)O$$_{2}$$固溶体相の形成が観測された。酸化性雰囲気では、1473Kの場合にはU$$_{3}$$O$$_{8}$$と(Fe,Cr)UO$$_{4}$$相の混合物が得られ、1873Kでは(U,Zr)O$$_{2}$$が形成された。浸漬試験により金属イオンの溶出挙動を調べるため、中性子照射により核分裂生成物を導入する、もしくは出発物質への添加によりその安定同位体を導入する処理を行った。試験の結果、Uの溶出挙動は、模擬デブリの性状や浸漬液の液性に依存することが確認された。CsやSr, Baは模擬デブリの固相組成に依存せず顕著な溶出を示した。一方で、多価イオンとなるEuとRuの溶出は抑制されることが観測され、模擬デブリ中でウラン相に固溶ないしは包含されたことによる影響が推察される。

Simulated debris was synthesized using UO$$_{2}$$, Zr, and stainless steel and a heat treatment method under inert or oxidizing conditions. The primary U solid phase of the debris synthesized at 1473 K under inert conditions was UO$$_{2}$$, whereas a (U,Zr)O$$_{2}$$ solid solution formed at 1873 K. Under oxidizing conditions, a mixture of U$$_{3}$$O$$_{8}$$ and (Fe,Cr)UO$$_{4}$$ phases formed at 1473 K whereas a (U,Zr)O$$_{2+x}$$ solid solution formed at 1873 K. The leaching behavior of the fission products from the simulated debris was evaluated using two methods: the irradiation method, for which fission products were produced via neutron irradiation, and the doping method, for which trace amounts of non-radioactive elements were doped into the debris. The dissolution behavior of U depended on the properties of the debris and aqueous medium the debris was immersed in. Cs, Sr, and Ba leached out regardless of the primary solid phases. The leaching of high-valence Eu and Ru ions was suppressed, possibly owing to their solid-solution reaction with or incorporation into the uranium compounds of the simulated debris.

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分野:Nuclear Science & Technology

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