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論文

Performance of ZrC-coated particle fuel in irradiation and postirradiation heating tests

小川 徹; 福田 幸朔; 鹿志村 悟; 飛田 勉; 小林 紀昭; 角 重雄; 宮西 秀至; 高橋 五志生; 菊池 輝男

Journal of the American Ceramic Society, 75(11), p.2985 - 2990, 1992/11

 被引用回数:37 パーセンタイル:15.93(Materials Science, Ceramics)

ZrC被覆UO$$_{2}$$粒子は有望な高温ガス炉用燃料である。熱分解炭素とZrCとによって多層被覆を施した粒子燃料を最高約4%FIMAまで照射した。高速中性子照射量は2$$times$$10$$^{25}$$/m$$^{2}$$を越えた。寿命末期の核分裂生成物放出量は極く僅かであって、黒鉛マトリックスのU汚染で説明できた。照射後の破損率は実質的に0であった。最高2400$$^{circ}$$Cまでの照射後加熱試験では、同温度で約6000秒保持してようやく破損が発生した。

報告書

高温工学試験研究炉の異常状態時における燃料及び炉心の安全評価上の判断基準の検討

林 君夫; 塩沢 周策; 新藤 雅美; 伊与久 達夫; 浅海 正延*; 菊地 孝行; 沢 和弘; 中川 繁昭; 鹿志村 悟; 菊地 啓修; et al.

JAERI-M 91-140, 61 Pages, 1991/09

JAERI-M-91-140.pdf:2.38MB

高温工学試験研究炉(HTTR)の安全評価を行なうため、運転時の異常な過渡変化時及び事故時における燃料及び炉心の安全評価上の判断基準を検討した。異常な過渡変化時の判断基準は、炉心燃料については、「燃料最高温度が1600$$^{circ}$$Cを超えないこと」とし、燃料限界照射試料については「試料温度が2500$$^{circ}$$Cを超えないこと」とした。一方、事故時の判断基準は、(i)燃料要素が黒鉛ブロック内に留まっていること、(ii)サポートポスト及びポストシートが炉心を支持するのに十分な強度を有していること、とした。以上のように設定することの妥当性を燃料から見た代表的な異常事象における燃料の挙動を取り上げて示した。

報告書

高温工学試験研究炉用被覆燃料粒子の被覆層の照射応力解析

林 君夫; 佐藤 貞夫; 豊田 純二*; 塩沢 周策; 沢 和弘; 鹿志村 悟*; 菊池 輝男; 福田 幸朔

JAERI-M 91-111, 38 Pages, 1991/07

JAERI-M-91-111.pdf:1.41MB

高温工学試験研究炉(HTTR)の燃料について、HTTR条件下での照射に伴なう被覆燃料粒子の被覆層応力の解析をMICROSコードを用いて行なった。改良型SiC被覆粒子燃料(B-1型燃料)は、標準燃料(A型燃料)に比べて第1層(低密度熱分解炭素層)および第3層(SiC層)を厚くしているため、被覆層の応力は緩和される。ZrC被覆粒子燃料(B-2型燃料)については、ZrC層の照射寸法変化がないと仮定したことから、B-1型燃料の場合と殆んど同一の結果が得られた。以上の結果は、被覆層の照射応力による破損に対して、B-1型およびB-2型燃料がA型燃料に比べて、より健全性を保ちうることを示している。最後に、燃料挙動解析コードの開発に向けての課題について述べた。

論文

Carbon monoxide-silicon carbide interaction in HTGR fuel particles

湊 和生; 小川 徹; 鹿志村 悟; 福田 幸朔; 高橋 五志生; 清水 道雄; 田山 義伸

J. Mater. Sci., 26, p.2379 - 2388, 1991/00

 被引用回数:11 パーセンタイル:45.51(Materials Science, Multidisciplinary)

照射済高温ガス炉用被覆燃料粒子において、一酸化炭素(CO)ガスによる炭化ケイ素(SiC)被覆層の腐食を観察した。観察には光学顕微鏡およびX線マイクロアナライザを用いた。SiC層が腐食されている領域では、内側高密度熱分解炭素(IPyC)層の機械的破損がしばしば観察された。反応の初期においては、SiCの結晶粒界が選択的に腐食されていた。粒子の低温側のバッファー層とIPyC層の間およびIPyC層とSiC層との間には、二酸化ケイ素またはより安定な(Si、Ce、Ba)酸化物が蓄積していた。燃料核内では、(Pd、Rh、Ru、Tc、Mo)ケイ化物が観察された。これらの反応生成物は、一酸化ケイ素が腐食領域から気相輸送された結果であると考えられる。

論文

Fission product palladium-silicon carbide interaction in HTGR fuel particles

湊 和生; 小川 徹; 鹿志村 悟; 福田 幸朔; 清水 道雄; 田山 義伸; 高橋 五志生

Journal of Nuclear Materials, 172, p.184 - 196, 1990/00

 被引用回数:60 パーセンタイル:2.37(Materials Science, Multidisciplinary)

照射済高温ガス炉用被覆燃料粒子において、核分裂生成物パラジウム(Pd)による炭化ケイ素(SiC)被覆層の腐食を観察した。観察には光学顕微鏡およびX線マイクロアナライザを用いた。SiC層は局所的に腐食されていた。反応に関与していた元素は主としてPdであったが、いくつかの粒子では、Pdの他にロジウムおよびルテニウムが腐食領域で検出された。Pdは粒子の高温側および低域側の両方で検出されたが、Pdによる腐食領域およびPdの蓄積は低温側で多く見られた。観察されたPd-SiC反応深さは、燃料核からのPdの放出が反応全体を支配するという仮定のもとに、整理された。

論文

Metallic impurities-silicon carbide interaction in HTGR fuel particles

湊 和生; 小川 徹; 鹿志村 悟; 福田 幸朔; 清水 道雄; 田山 義伸; 高橋 五志生

Journal of Nuclear Materials, 175, p.14 - 19, 1990/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:67.77(Materials Science, Multidisciplinary)

照射済高温ガス炉用被覆燃料粒子において、金属不純物と炭化ケイ素被覆層との反応を観察した。観察には、光学顕微鏡およびX線マイクロアナライザを用いた。炭化ケイ素被覆層は、粒子の外側から腐食されていた。この反応に関与していた主たる元素は、場合によって異なっていたが、鉄または鉄とニッケルであった。これらの元素は、被覆粒子を分散させている黒鉛マトリックスに不純物として混入していたと考えられる。これらの元素は、照射温度のもとでは炭化物よりもケイ化物を形成した方が熱力学的に安定であるので、炭化ケイ素被覆層と反応しケイ化物を形成したと考えられる。燃料の製造工程においては、炭化ケイ素と反応する元素が不純物として燃料に混入しないように、細心の注意が払われるべきである。

報告書

高温ガス炉用燃料に関する試験研究

福田 幸朔; 小川 徹; 鹿志村 悟; 林 君夫; 飛田 勉; 小林 紀昭; 湊 和生; 菊地 啓修; 村上 裕彦*; 菊池 輝男; et al.

JAERI-M 89-007, 603 Pages, 1989/02

JAERI-M-89-007.pdf:17.98MB

本報告書は、燃料照射研究室で進めてきた高温ガス炉燃料開発について総括的にまとめたものである。内容は、製造した燃料の特性、照射挙動、FP挙動、SiC破損率、アメーバ効果、Pd/SiC反応、燃料コンパクト照射健全性、超伝導、燃料棒照射挙動等、広範なデータを含んでいる。

報告書

被覆粒子燃料のガススィープキャプセル照射試験、(II); 75F4A,75F5Aキャプセルによる照射

小川 徹; 福田 幸朔; 鹿志村 悟; 飛田 勉; 湊 和生; 山本 克宗; 鈴木 紘; 松島 秀夫

JAERI-M 87-020, 79 Pages, 1987/02

JAERI-M-87-020.pdf:4.96MB

ル-ズな状態の被覆燃料粒子及び燃料コンパクトを、それぞれ、75F4Aおよび75F5Aの2本のガススィ-プキャプセルに装荷し、JMTRのBe第1層領域孔で4サイクル(約80日)照射した。75F4Aキャプセル試料は初期3サイクルの間、貫通破損率が0であったので、最外層汚染ウランからのFPガス放出挙動についての知見が得られた。同キャプセルでは最高温度1500$$^{circ}$$C、燃焼率2.2%FIMAに達したが、照射後貫通破損率は3$$times$$10$$^{-}$$$$^{4}$$にすぎなかった。また、75F5Aキャプセルでは最高1600$$^{circ}$$C、燃焼率1.6%FIMAに対して、照射後貫通破損率は5$$times$$10$$^{-}$$$$^{4}$$であった。同キャプセル試料の照射後SiC層破損率は、照射前に比べて有意な増加を示さなかった。他に、熱分解炭素の照射効果、SiC層のパラジウム腐食、金属FP放出割合、燃料コンパクトの寸法変化等について、デ-タが得られた。

報告書

貫通破損粒子を含む燃料コンパクトからの短半減期希ガス・ヨウ素の放出率

小川 徹; 福田 幸朔; 小林 紀昭; 菊池 輝男; 飛田 勉; 鹿志村 悟; 菊地 啓修; 山本 克宗

JAERI-M 86-146, 21 Pages, 1986/10

JAERI-M-86-146.pdf:0.74MB

スィ-プガス照射燃料コンパクトについて、短年減期希ガス・ヨウ素の放出率(R/B)デ-タを整理した。代表核種として$$^{8}$$$$^{8}$$Krを選び、R/Bを貫通破損割合(製造時露出ウラン率、照射後酸浸出率)および温度の関数として求める経験式を提出した。その他の希ガス拡種のR/Bについては、$$^{8}$$$$^{8}$$KrのR/Bに対する比として求める方法を採った。また、ヨウ素のR/Bを予測する方法を提出した。これらの方法に従って、OGL-1燃料体(5次,6次)のR/Bを予測した結果、実測値との良い一致が得られた。

報告書

HTGR fuel behavior at very high temperature

鹿志村 悟; 小川 徹; 福田 幸朔; 岩本 多實

JAERI-M 86-046, 17 Pages, 1986/03

JAERI-M-86-046.pdf:3.01MB

高温ガス実験炉の運動及び事故時の異常な過渡変化を模擬した超高温下の燃料挙動を、原研が開発しているTRISO被覆、低濃縮酸化物粒子燃料について調べた。異常な過渡変化を模擬した試験は、ル-ズな被覆粒子を1600$$^{circ}$$C以上で照射することによリ行った。照射試験の結果、粒子破損は大部分が燃料核移動によりものであった。炉心昇温事故を模擬した試験としては、二種の炉外加熱試験を行った。加熱により耐熱限界温度の測定と超高温下での挙動を調べた。反応度事故時の燃料挙動の研究は、NSRR(Nuclear Safety Research Reactor)によるパルス照射により行い、この時の最高温度は2800$$^{circ}$$C以上であった。パルス照射試験では、コンパクトに成形した被覆粒子は2800$$^{circ}$$C以上の超高温でも、ル-ズな被覆粒子にみられた非常に激しい破損は見られなかった。コンパクトに成形した粒子では燃料核の中心でUO$$_{2}$$が蒸発し、球状ボイドを呈していた。

報告書

Survival temperature limit of unirradiated coated fuel particles

鹿志村 悟; 井川 勝市

JAERI-M 85-068, 19 Pages, 1985/06

JAERI-M-85-068.pdf:2.0MB

高温ガス実験炉VHTRの仮想事故関連研究のひとつとして、未照射TRISO-UO$$_{2}$$粒子の耐熱限界を求めるための一連の炉外加熱実験を行った。加熱後、X線ラジオグラフィと研磨面の光学顕徴鏡観察を行った。また,X線回折による分析も行った。加熱時問が短い場合の耐熱限界は、成形粒子では2500$$^{circ}$$C、未成形粒子では2400$$^{circ}$$Cであった。粒子破損率を加熱時間に対してプロットするとS字型になった。SiC劣化は比較的低温(2200$$^{circ}$$C)では厚さ減少で始まったのに対し、比較的高温(2500$$^{circ}$$C)では気孔生成で始まった。極度の高温では、粒子の完全破損が激しいSiC劣化の前に物理的に起こったのに対し、若干低温では、粒子の完全破損は激しいSiC劣化の後に化学的に起こった。

報告書

被覆粒子燃料からの照射中金属FP放出 (74F9J,75F4A,75F5Aスィープガスキャプセル)

小川 徹; 福田 幸朔; 鹿志村 悟; 飛田 勉; 伊藤 忠春; 喜多川 勇; 宮西 秀至; 関野 甫; 沼田 正美; 岩本 多實; et al.

JAERI-M 85-041, 48 Pages, 1985/03

JAERI-M-85-041.pdf:1.33MB

74F9J、75F4A、75F5Aの3本のスィープガスキャプセルで照射した、計9種類のTriso破覆UO$$_{2}$$粒子試料について、キャプセル内部に放出された金属FP量を照射後定量した。照射温度、時間、照射終了時貫通破損割合($$phi$$EOL)および金属FP放出割合をもとに、個々の試料について主たるFP放出機構を推定した。幾つかの試料については、$$phi$$EPLおよび製造時SiC層破損割合($$phi$$BOL)では説明できない。多量のCs$$^{1}$$$$^{3}$$$$^{7}$$の放出が認められた。この余剰のCs$$^{1}$$$$^{3}$$$$^{7}$$の放出が認められた。この余剰のCs$$^{1}$$$$^{3}$$$$^{7}$$放出を、(1)照射による新たなSiC層破損の発生、あるいは、(2)健全なSiC層を通しての拡散放出、の二通りの仮説によって検討した。Ag$$^{1}$$$$^{1}$$$$^{0}$$$$^{m}$$はCs$$^{1}$$$$^{3}$$$$^{7}$$を上回る放出割合を示した。その他の金属FPではEu$$^{1}$$$$^{5}$$$$^{7}$$が大きな放出割合を示した。

論文

Research and development of ZrC-coated UO$$_{2}$$ particle fuel in Japan Atomic Energy Research Institute

小川 徹; 井川 勝市; 福田 幸朔; 鹿志村 悟; 岩本 多實

Nuclear Fuel Performance, p.163 - 169, 1985/00

ZrC被覆粒子燃料は在来型のSiC-Triso粒子燃料に代わり得る高温ガス炉燃料型である。最外層熱分解炭素(O-PyC)を有さないZrC被覆燃料粒子と、ZrC-Triso被覆燃料粒子の二種類について、これまで、製造・試験を行なってきた。第1世代のZrC被覆燃料粒子はO-PyCを有さなかったために、照射によってやや高い破損率を示した。にもかかわらず、ZrC層の化学的安定性は1870Kを超える高温照射によって実証された。

論文

HTGR fuel behavior at very high temperature

福田 幸朔; 鹿志村 悟; 岩本 多實

Transactions of the American Nuclear Society, 50, p.241 - 242, 1985/00

超高温下のおける多目的高温ガス実験炉燃料の挙動をJMTR照射、炉外加熱実験及びNSRR照射によって調べた。JMTR照射は実験炉の異常な過渡変化を模擬した試験で、ルーズな状態の被覆粒子について行った。照射の結果、大部分の粒子破損はアメーバ効果によるものであった。炉外加熱は冷却ガス循環停止事故を模擬したもので、1800~2600$$^{circ}$$Cの間の温度で行った。この結果、2200$$^{circ}$$C-2500$$^{circ}$$Cでの粒子破損はSiC層の劣化によるものであったが、2600$$^{circ}$$Cでの粒子破損は内圧ガスによる機械的作用によるものであることがわかった。NSRR照射は2800$$^{circ}$$C以上の温度で、被覆粒子及び燃料コンパクトについて行われた。照射による超高温の時間は、わずか10msec程度であったが、粒子の発熱量に依存して、破損が発生した。この破損の状況は、極端な場合を除けば、2600$$^{circ}$$Cでの炉外加熱による破損と似ていた。

報告書

被覆燃料粒子の照射挙動試験(VI) (74F-1AキャプセルによるJMTR照射)

福田 幸朔; 鹿志村 悟; 小川 徹; 湊 和生; 井川 勝市; 岩本 多實; 石本 清

JAERI-M 84-199, 39 Pages, 1984/11

JAERI-M-84-199.pdf:4.2MB

多目的高温ガス実験炉の予備設計仕様に基づいて48年度及び49年度に試作した破覆粒子及び英国から輸入した破覆粒子を74F-1AキャプセルでJMTR反射体領域孔において5サイクル照射した。この照射では、破覆粒子に対する高速中性子照射量が最高9.6$$times$$10$$^{2}$$$$^{0}$$n/cm$$^{2}$$、その燃焼率が2.5%FIMAであったが、照射温度は1140$$^{circ}$$Cと、予定の温度よりかなり低かった。照射後試験では、外観検査、X線ラジオグラフィ、断面組織観察などを行い、破覆粒子の照射性能を調べた。その結果、48年度試作破覆粒子は比較的健全であったが、49年度試作破覆粒子では、その最外PgC層は強度的に不安定であった。英国からの輸入粒子は国産粒子に比べて照射性能においてかなり劣っていた。

報告書

被覆燃料粒子の自動寸法検査

鹿志村 悟; 井川 勝市

JAERI-M 84-196, 20 Pages, 1984/10

JAERI-M-84-196.pdf:0.61MB

破覆燃料粒子の直径を自動で測定するために、自動粒径測定装置(PSA:Particle Side Analyzer)を導入した。この装置を用いて、燃料核および破覆粒子の直径、真球度および密度を測定し、従来法(手作業)で得られた値と比較した。いずれもよい一致を示した。さらに、破覆層の厚さと密度について従来法との比較を試みたところ、前者はよい一致を示したが、後者は必ずしも満足とはいえず、実用は第1層のみに留めるのが望ましいと判断した。

報告書

被覆粒子燃料のスイープガスキャプセル照射試験,(I); 74F-9Jキャプセルによる照射

福田 幸朔; 小川 徹; 鹿志村 悟; 井川 勝市; 岩本 多實; 山本 克宗; 鈴木 紘; 松島 秀夫

JAERI-M 84-054, 65 Pages, 1984/03

JAERI-M-84-054.pdf:2.84MB

本報告は、原研で最初のスイープガスキャプセルによる照射試験に関するものである。照射試験の目的は、照射下におけるFPガス放出の測定により、破覆粒子の照射健全性を調べることであり、またスイープガスキャプセル(74F-9J)に装荷した破覆粒子は、48,49年度に予備設計仕様にもとづいて試作されたものであり、これらはルーズな状態で照射された。照射中には、装荷破覆粒子からのFPガス放出率を測定し、放出率より破覆粒子破損率の推定を行うとともに、照射後試験で、外観検査、X線ラジオグラフィ、酸漏出などにより破覆粒子破損率を求めた。また、キャプセル内で破覆粒子を保持していた黒鉛ホルダーには金属FPガスが吸着しており、このガンマ線測定から、$$^{1}$$$$^{3}$$$$^{7}$$Cs放出率を求めた。

報告書

被覆燃料粒子の照射挙動試験,V; 73F-13A キャプセルによるJMTR照射

福田 幸朔; 鹿志村 悟; 小川 徹; 湊 和生; 井川 勝市; 岩本 多實; 石本 清

JAERI-M 83-232, 67 Pages, 1984/01

JAERI-M-83-232.pdf:6.33MB

49年度に試作した多目的高温ガス実験炉予備設計仕様の被覆燃料粒子をはじめ、同年度に英国で予備設計仕様に基ずいて製造された被覆燃料粒子、第1次OGL-1燃料用被覆粒子、およびZrC被覆粒子を73F-13AキャプセルによりJMTR燃料領域で照射した。この結果、49年度試作被覆粒子は、燃焼率4%、高速中性子照射量2.7$$times$$10$$^{2}$$$$^{1}$$n/cm$$^{2}$$、最高温度1380$$^{circ}$$Cまでの照射では健全であり、また、この照射条件下では、国産被覆粒子と英国製被覆粒子の性能にはほとんど差が見られなかった。しかし、照射温度が1600$$^{circ}$$Cを越えると、明らかに国産被覆粒子の方が良好な耐照射性を示した。このほか、照射後試験では、金属FP放出、Pd/SiC層反応および照射済被覆粒子の圧縮破壊強度などの測定も行い、多くの知見を得た。

論文

Release behavior of gaseous fission product from coated fuel particles under irradiation

福田 幸朔; 小川 徹; 鹿志村 悟; 井川 勝市; 岩本 多實; 山本 克宗

Journal of Nuclear Science and Technology, 19(11), p.889 - 902, 1982/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:66.31(Nuclear Science & Technology)

高温ガス炉用TRISO被覆燃料粒子を2本のスィープガスキャプセルで照射し、照射下でのFPガス放出挙動を調べるとともに、この放出測定をもとに被覆粒子破損率を推定した。この被覆粒子破損率を検証するために、被覆粒子の照射後試験を行い、外観検査での破損率及び酸浸出率を測定した。推定破損率と酸浸出率との一致は1試料を除いて良かった。健全粒子からの放出挙動を解析することにより、LTI-PyC中のクリプトンの拡散係数(炉内値)を求めることが出来た。また1600$$^{circ}$$Cにおける破損粒子からの放出が拡散支配であるのに対し、1400$$^{circ}$$Cにおける健全粒子からの放出が反跳と拡散の両機構に支配されていることを確認した。

報告書

被覆燃料粒子の照射挙動試験,4; 73F-12AキャプセルによるJMTR照射

福田 幸朔; 鹿志村 悟; 小川 徹; 井川 勝市; 岩本 多實; 石本 清

JAERI-M 9644, 50 Pages, 1981/09

JAERI-M-9644.pdf:5.12MB

昭和47年度から49年度にかけて試作された多目的高温ガス炉予備設計仕様の被覆燃料粒子がJMTRの73F-12Aキャプセルで照射された。このキャプセルには多目的炉用の標準被覆粒子以外に、低密度燃料核を有する粒子、最外層PyCの結晶異方性が高い粒子及びZrC被覆を有する粒子が照射された。照射は高速中性子照射量1.5$$times$$10$$^{2}$$$$^{1}$$n/cm$$^{2}$$(E $$>$$0.18 MeV)、燃焼度32%FIMAまで達した。照射後試験は外観、X線ラジオグラフィ、金相、酸浸出及び粒子破壊強度試験が実施された。この試験で明らかになったことは、多目的炉の通常運転状態に対応する照射下でも、95%信頼区間での最大粒子破損率が3%にも達したが、このような大きな破損率は粒子の検査個数が少なかったこと及びキャプセル内での試料粒子の充填に問題があったためである。一方、高温($$>$$ 1800$$^{circ}$$C)で照射された他の被覆粒子にはアメーバ効果による破損が多数みられた。

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