Seawater immersion tests of irradiated Zircaloy-2 cladding tube

関尾 佳弘; 山県 一郎; 山下 真一郎; 井上 賢紀; 前田 宏治

Proceedings of 2014 Nuclear Plant Chemistry Conference (NPC 2014) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2014/10

福島第一原子力発電所では、東日本大震災による電源喪失に伴い、使用済燃料プール内の燃料を冷却するために海水が注入された。これらの燃料集合体の健全性評価に資するため、燃料集合体部材であるジルカロイ-2被覆管の腐食挙動や強度特性に及ぼす塩化物イオン等の影響を評価する目的で、ジルカロイ-2燃料被覆管の照射材及び非照射材に対して海水(人工海水及び天然海水)を用いた約1,000時間までの浸漬試験及び浸漬後の引張試験を実施した。これらの結果、照射の有無や海水の違いによらず、材料表面の腐食やジルカロイ-2被覆管の強度特性の劣化が生じなかったことから、腐食挙動や強度特性に及ぼす塩化物イオン等(実海水特有成分)の影響は小さいと考えられる。

高速炉における水素化ジルコニウム炉心径方向遮蔽体の寿命評価; 一次冷却系への水素透過放出量と被覆管におけるヘリウム生成量に基づく評価

井上 賢紀; 皆藤 威二

JAEA-Research 2013-041, 69 Pages, 2014/01

JAEA-Research-2013-041.pdf:4.61MB

高速増殖炉の原子炉容器コンパクト化の枢要技術である水素化ジルコニウムを使用する炉心径方向遮蔽体について、実証炉想定条件における寿命を評価した。コールドトラップ負荷・遮蔽性能・冷却材流量配分の観点からは被覆管を拡散透過して一次冷却系に移行する水素透過放出量、被覆管の材料特性の観点からは高熱中性子束に起因するヘリウム生成量に着目した。炉心最外周における線束と中性子束の急峻な勾配を考慮し、水素透過放出量とヘリウム生成量を定量的に計算するための評価体系を新たに構築した。オーステナイト系ステンレス鋼被覆管(PNC316)はヘリウム生成量が大きく、フェライト/マルテンサイト系鋼被覆管(PNC-FMS)は水素透過放出量が大きいため、60年間無交換の達成は困難と評価された。PNC-FMSと酸化処理した耐熱鋼との二重管構造を実用化できれば、無交換の可能性があることがわかった。

酸化物分散強化型フェライト鋼の硝酸溶解特性評価,2; 溶解工程の硝酸濃度等に対応した溶解量の検討

井上 賢紀; 須藤 光雄; 小山 真一; 大塚 智史; 皆藤 威二

JAEA-Research 2013-009, 78 Pages, 2013/10

JAEA-Research-2013-009.pdf:3.75MB

高速増殖炉サイクル実用化段階の燃料被覆管の基準材料であるマルテンサイト系酸化物分散強化型フェライト鋼(9Cr-ODS鋼)の再処理システム適合性評価の一環として、溶解工程の硝酸濃度等に対応した溶解量を評価した。溶解液のなかの燃料被覆管成分の高濃度化による個別プロセスへの影響の観点からは最大値を示す最高温度炉心燃料集合体単体の溶解量、高レベル放射性廃棄物(ガラス固化体)の発生量への影響の観点からはすべての炉心燃料集合体を積算した溶解量を算出した。溶解量の評価にあたっては、過去の高速炉における燃料ピン照射試験、ナトリウムループ試験等の結果をレビューし、炉内使用に伴う外面腐食,内面腐食等が硝酸溶解特性に及ぼす影響を考慮した評価方法を検討した。炉内使用の影響による溶解量の増分を評価したところ、流動ナトリウム環境特有の質量移行現象の発生条件に大きく依存することがわかった。

ODS cladding fuel pins irradiation tests using the BOR-60 reactor

皆藤 威二; 矢野 康英; 大塚 智史; 井上 賢紀; 田中 健哉; Fedoseev, A. E.*; Povstyanko, A. V.*; Novoselov, A.*

Journal of Nuclear Science and Technology, 50(4), p.387 - 399, 2013/04

https://doi.org/10.1080/00223131.2013.773165

高燃焼度燃料被覆管候補材として原子力機構で開発を進めている9Cr, 12Cr-ODS鋼の照射挙動を把握し、燃料被覆管としての適用性を判断するために、BOR-60で燃焼度11.9at%,照射量(はじき出し損傷量)51dpaまでの燃料ピン照射試験を実施した。その結果、ODS鋼被覆管の燃料共存性,寸法安定性等に関する優れた特性や、同じく原子力機構で開発したPRW法による端栓接合部の健全性が確認できた。その一方で、9Cr-ODS鋼燃料ピン1本で破損が発生するとともに、破損部近傍で組織の不均一や粗大な析出物の発生が認められた。本論文では、得られた照射データの評価や特異な照射挙動の原因について検討した結果を述べる。

Effects of neutron irradiation on tensile properties of oxide dispersion strengthened (ODS) steel claddings

矢野 康英; 小川 竜一郎; 山下 真一郎; 大塚 智史; 皆藤 威二; 赤坂 尚昭; 井上 賢紀; 吉武 庸光; 田中 健哉

Journal of Nuclear Materials, 419(1-3), p.305 - 309, 2011/12

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2011.05.026

高速実験炉「常陽」のCMIR-6で照射したODS鋼被覆管のリング引張特性に及ぼす照射効果に関して調査を行った。照射条件範囲は、照射温度6931108Kと照射量1633dpaであった。照射温度923K未満では強度特性に変化は見られなかったが、1023Kでは20%の強度低下が見られた。一方、照射後の一様伸びは、すべての照射条件で2%以上確保されていた。本照射条件範囲ではODS鋼被覆管は、一般的な11Crフェライト/マルテンサイト鋼であるPNC-FMS被覆管と比較しても優れた引張特性を維持していることが明らかになった。

Corrosion resistance of Al-alloying high Cr-ODS steels in stagnant lead-bismuth

高屋 茂; 古川 智弘; 井上 賢紀; 藤澤 敏治*; 奥田 隆成*; 阿部 冨士雄*; 大貫 惣明*; 木村 晃彦*

Journal of Nuclear Materials, 398(1-3), p.132 - 138, 2010/03

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2009.10.023

ODSフェライト鋼は、優れた高温強度を有し、燃料被覆管の候補材であるが、LBEとの共存性がADS及びLBE冷却FBRにおける一つの課題である。Al添加とCr増加は、共存性に良い影響を与えると考えられるが、Al添加は高温強度の低下を招き、Cr増加は時効脆化が懸念される。そのため、耐食性と高温強度をバランスさせる最適なAl添加量とCr増加量を求める必要がある。本研究では、LBE中溶存酸素濃度10wt%, 650Cの条件で3000時間,LBE中に浸漬された試験片の断面観察をSEM及びオージェ電子分光法により実施した。その結果、複合酸化物/内部酸化層と母材の間に連続的に非常に薄いAl酸化膜が形成され、そのようなAl酸化皮膜がさらなる複合酸化物/内部酸化層の成長を抑制していることがわかった。Al濃度が2から4wt%に増加することにより酸化皮膜の平均厚さが、薄くなる傾向があった一方、Cr濃度への依存性はほとんど確認できなかった。さらに、5000時間の腐食試験を実施した。これらの材料は、10wt%, 650Cの条件でも優れた耐食性を示した。3.5wt%のAl添加は耐食性の向上に大変有効である。

Effect of nano-size oxide particle dispersion and -ferrite proportion on creep strength of 9Cr-ODS steel

大塚 智史; 皆藤 威二; Kim, S.-W.; 井上 賢紀; 浅山 泰; 大沼 正人*; 鈴木 淳市

Materials Transactions, 50(7), p.1778 - 1784, 2009/06

https://doi.org/10.2320/matertrans.M2009096

The effects of chemical compositions on the microstructure and high-temperature creep strength of 9Cr-ODS steel was discussed in the light of quantitative data of delta-ferrite proportion and nano-size oxide particle dispersion, which were evaluated by dilatometric analysis and small angle neutron/X-ray scattering analysis, respectively. These quantitative data are well consistent with the conventional data obtained by transmission electron microscope. Both data indicate that the important microstructural feature for creep strength improvement of the 9Cr-ODS steel is the number density of nano-size oxide particles, and ferrite/martensite (F/M) duplex structure is favorable for high population nano-size oxide particle dispersion. Both optimization of excess oxygen concentration and control of the F/M duplex structure are promising technique for nano-structure control of 9Cr-ODS steel.

Super ODS steels R&D for fuel cladding of next generation nuclear systems, 1; Introduction and alloy design

木村 晃彦*; 笠田 竜太*; 岩田 憲幸*; 岸本 弘立*; Zhang, C. H.*; Isselin, J.*; Dou, P.*; Lee, J. H.*; Muthukumar, N.*; 奥田 隆成*; et al.

Proceedings of 2009 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '09) (CD-ROM), p.9220_1 - 9220_8, 2009/05

重金属冷却高速増殖炉及び超臨界水冷却高速増殖炉用の燃料被覆として、優れた高温強度と高耐食性の両方を兼ね備えた酸化物分散強化型フェライト鋼(スーパーODS鋼)の開発を進めている。本報では、開発中のスーパーODS鋼の合金設計について評価した結果について報告する。

Super ODS steels R&D for fuel cladding of next generation nuclear systems, 3; Development of high performance attrition type ball mill

奥田 隆成*; 藤原 優行*; 中井 辰良*; 柴田 憲一*; 木村 晃彦*; 井上 賢紀; 鵜飼 重治*; 大貫 惣明*; 藤澤 敏治*; 阿部 冨士雄*

Proceedings of 2009 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '09) (CD-ROM), p.9229_1 - 9229_4, 2009/05

重金属冷却高速増殖炉及び超臨界水冷却高速増殖炉用の燃料被覆管として、優れた高温強度と高耐食性の両方を兼ね備えた酸化物分散強化型フェライト鋼(スーパーODS鋼)の開発を進めている。本報では、開発中のスーパーODS鋼の高性能アトライタについて強化した結果について報告する。

Super ODS steels R&D for fuel cladding of next generation nuclear systems, 5; Mechanical properties and microstructure

笠田 竜太*; Lee, S. G.*; Lee, J. H.*; 大村 高正*; Zhang, C. H.*; Dou, P.*; Isselin, J.*; 木村 晃彦*; 井上 賢紀; 鵜飼 重治*; et al.

Proceedings of 2009 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '09) (CD-ROM), p.9072_1 - 9072_5, 2009/05

重金属冷却高速増殖炉及び超臨界水冷却高速増殖炉用の燃料被覆管として、優れた高温強度と高耐食性の両方を兼ね備えた酸化物分散強化型フェライト鋼(スーパーODS鋼)の開発を進めている。本報では、開発中のスーパーODS鋼の機械的性質と組織について強化した結果について報告する。