クロムの高温水蒸気中酸化挙動に関する研究

Study on high temperature steam oxidation behavior of Chromium

根本 義之  

Nemoto, Yoshiyuki

本研究は、従来のジルコニウム合金製の燃料被覆管の外表面にクロム(Cr)をコーティングし、耐酸化性を向上させたコーティング被覆管の事故時挙動解析に資するために、Crの高温水蒸気中での酸化挙動の水蒸気流量依存性及び温度依存性に関して検討したものである。コーティング被覆管は事故耐性燃料(Accident Tolerant Fuel: ATF)被覆管の一つとして開発が進められているが、重大事故時のコーティング被覆管の挙動解析を高精度で行えるよう計算コード等を整備しておくことは、安全性評価等の観点で重要であり、そのためにはCrの事故条件で想定される温度範囲や流量条件の高温水蒸気中での酸化速度式が必要である。本研究では、熱天秤を用いた高温水蒸気中での酸化試験の結果に基づき、考えられる事故条件を包括する温度範囲、水蒸気流量条件でのCrの酸化速度式を提案した。この結果は、今後の重大事故解析コードSAMPSON等での解析に用いることが可能であり、それによりコーティング被覆管の開発に貢献することが出来ると考えられる。

The author aimed to contribute to the analysis of the accident behavior of coated cladding with improved oxidation resistance by chromium (Cr) coating on the outer surface of conventional zirconium alloy fuel cladding, and investigated dependence of the oxidation behavior of Cr on the steam flow rate and on temperature. Coated cladding is being developed as one of the Accident Tolerant Fuel (ATF) claddings, and it is important to analyze the behavior of coated cladding under accidental conditions with high accuracy in the purpose of safety evaluation, for which the oxidation kinetics of Cr in high temperature steam is necessary. In this study, based on the results of oxidation tests in high temperature steam using a thermobalance, an oxidation kinetics for Cr in the temperature range and steam flow rate that encompass the conditions of considerable accident was proposed. The results can be used for future analyses in analysis codes such as SAMPSON, thereby contributing to the development of coated cladding.