Sintering and microstructural behaviors of mechanically blended Nd/Sm-doped MOX

Nd/Sm含有MOXの焼結挙動と微細組織評価

廣岡 瞬 ; 堀井 雄太 ; 砂押 剛雄*; 宇野 弘樹*; 山田 忠久*; Vauchy, R.  ; 林崎 康平 ; 中道 晋哉  ; 村上 龍敏 ; 加藤 正人   

Hirooka, Shun; Horii, Yuta; Sunaoshi, Takeo*; Uno, Hiroki*; Yamada, Tadahisa*; Vauchy, R.; Hayashizaki, Kohei; Nakamichi, Shinya; Murakami, Tatsutoshi; Kato, Masato

収率が高く燃料に固溶するFP(模擬FP)としてNdO及びSmOを添加したMOXの焼結試験を行い、焼結後の微細組織を評価した。熱膨張計を用いて取得した焼結中の収縮曲線から、模擬FP含有MOXは通常のMOXよりも高温で焼結が進むことが分かった。焼結後の密度評価及び金相組織の観察から、模擬FP含有MOXは通常のMOXよりも粒成長と高密度化が進むことが分かった。これは、添加元素の影響を受けて一部のUが4価から5価に変化し、拡散速度が大きくなったことが原因と考えられる。また、XRDの結果から焼結後の試料は均質に固溶した結晶構造が示されたが、EPMAによる元素マッピングの結果からは模擬FPの濃度が一様でなく、完全には均質に分布していない微細組織が示された。不均質に分布したNdO含有MOXを微粉砕し、再焼結を行う過程を繰り返すことで、均質性が向上し、密度も十分に高い模擬FP含有MOXペレットを作製することができた。

Additive MOX pellets are fabricated by a conventional dry powder metallurgy method. NdO and SmO are chosen as the additive materials to simulate the corresponding soluble fission products dispersed in MOX. Shrinkage curves of the MOX pellets are obtained by dilatometry, which reveal that the sintering temperature is shifted toward a value higher than that of the respective regular MOX. The additives, however, promote grain growth and densification, which can be explained by the effect of oxidized uranium cations covering to a pentavalent state. Ceramography reveals large agglomerates after sintering, and Electron Probe Micro-Analysis confirms that inhomogeneous elemental distribution, whereas XRD reveals a single face-centered cubic phase. Finally, by grinding and re-sintering the specimens, the cation distribution homogeneity is significantly improved, which can simulate spent nuclear fuels with soluble fission products.