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報告書

A Study on density, melting point, thermal expansion, creep, thermal diffusivity and thermal conductivity of the simulated rock-like oxide (ROX) fuels

柳澤 和章; 大道 敏彦*; 白数 訓子; 室村 忠純; 松田 哲志*

JAERI-Tech 99-032, 65 Pages, 1999/03

JAERI-Tech-99-032.pdf:3.23MB

便宜的にPuO$$_{2}$$をUO$$_{2}$$で代替した模擬岩石型燃料を製造し、炉外試験に供した。得られた主たる知見は以下のとおり。(1)模擬岩石燃料のガス置換密度(GID)は、4.9から5.4g/ccの範囲であり、その値はUO$$_{2}$$の47-52%であった。(2)模擬岩石燃料の融点(MP)は1,911$$pm$$39$$^{circ}$$Cであり、UO$$_{2}$$の融点より30%低かった。(3)線膨張係数(LTE)は、温度1500$$^{circ}$$Cまで模擬岩石燃料とUO$$_{2}$$燃料に差異はなかった。(4)模擬岩石燃料のクリープ速度はMgAl$$_{2}$$O$$_{4}$$成分に強く依存した。(5)硬度(Hv)はMgAl$$_{2}$$O$$_{4}$$の構成成分であるAl$$_{2}$$O$$_{3}$$に対して敏感で、その量の増加によって模擬岩石燃料はより硬くなった。温度300$$^{circ}$$Cまでの範囲で模擬岩石燃料とUO$$_{2}$$の硬度を比較したが、前者は後者に比べ著しく大きかった。(6)熱拡散率に関して、模擬岩石燃料とUO$$_{2}$$との間に大きな差異はない。同様に、模擬岩石燃料とGd$$_{2}$$O$$_{3}$$を10wt%まで添加したUO$$_{2}$$燃料との間の熱拡散率にも差異はなかった。模擬岩石燃料の熱伝導率とUO$$_{2}$$のそれとに差異はなかった。

論文

Out-of-pile tests of simulated rock-like oxide (ROX) fuels

柳澤 和章; 大道 敏彦*; 室村 忠純; 松田 哲志*; 白数 訓子

Journal of Nuclear Science and Technology, 36(2), p.160 - 168, 1999/02

 被引用回数:4 パーセンタイル:34.88(Nuclear Science & Technology)

日本原子力研究所は、PuO$$_{2}$$安定化ジルコニウム(SZR)-MgAl$$_{2}$$O$$_{4}$$からなる新型の燃料すなわち岩石型(ROX)燃料を開発中である。データベース強化のため、PuO$$_{2}$$をUO$$_{2}$$で置き換えた模擬岩石燃料を製造し炉外試験を実施した。得られた知見は以下の通りである。(1)模擬岩石燃料の密度は、4.9g/ccから5.4g/ccの範囲であり、その値はUO$$_{2}$$の47-52%であった。(2)模擬岩石燃料の融点は2,184$$pm$$39Kであり、UO$$_{2}$$燃料の融点より約30%低かった。(3)線膨張係数(LTEC)は、模擬岩石燃料とUO$$_{2}$$燃料とで差異はなかった。その値はSZR量の増加とともに大きくなった。(4)模擬岩石燃料とUO$$_{2}$$のクリープ特性を応力指数すなわち変形速度と適用応力の対数値とで比べたところ、両者のそれには類似性が見られた。(5)硬度はMgAl$$_{2}$$O$$_{4}$$に依存した。模擬岩石燃料の硬度はUO$$_{2}$$のそれより著しく大きかった。(6)熱拡散率に関して、模擬岩石燃料とUO$$_{2}$$との間に大きな差異はない。同様に、熱伝導率についても両者の差は小さかった。

報告書

岩石型燃料の熱膨張と熱伝導度

松田 哲志*; 小林 愼一*; 白数 訓子; 山下 利之; 大道 敏彦; 室村 忠純

JAERI-Research 97-083, 21 Pages, 1997/11

JAERI-Research-97-083.pdf:1.23MB

MgAl$$_{2}$$O$$_{4}$$-SZR(SZR:安定化ジルコニア)系、並びにこれに10モル%UO$$_{2}$$を加えた焼結体を作成し、室温から1500$$^{circ}$$Cまでの熱膨張率及び熱拡散率を測定した。MgAl$$_{2}$$O$$_{4}$$-SZRの熱膨張率はSZRの増加とともに増加し、Turnerの式による測定値に良く合致した。UO$$_{2}$$添加試料の熱膨張率は非添加のものより増加した。熱膨張補正を加えた熱拡散率と比熱推定値等から理論密度95%に規格化した熱伝導度を得た。MgAl$$_{2}$$O$$_{4}$$-SZRの熱伝導度は、SZR成分とともに減少し、熱伝導度値はおおよそMaxwell-Euchenの式で近似できた。UO$$_{2}$$添加試料の熱伝導度は、MgAl$$_{2}$$O$$_{4}$$相とSZR相の体積比が約50%より大きい領域ではUO$$_{2}$$自体のそれより大きな値を示した。

報告書

未照射試料によるペレット熱伝導率測定装置の特性試験

大和田 功; 西野 泰治; 串田 輝雄; 中村 仁一; 松田 哲志*

JAERI-Tech 94-028, 147 Pages, 1994/11

JAERI-Tech-94-028.pdf:3.97MB

軽水炉技術の高度化計画の一環として、核燃料の高燃焼度化が進められている。高燃焼度下で生じる核燃料ペレット内のFP蓄積等に起因した熱伝導率の低下を解明するため、レーザフラッシュ法により熱拡散率を測定し、熱伝導率を算出する遮蔽型ペレット熱伝導率測定装置を開発し、装置の特性試験を行った。特性試験に用いた試料は、未照射の二酸化ウラン試料、ガドリニア入り二酸化ウラン試料及びジルコニア試料で、室温から1700$$^{circ}$$Cの温度範囲で熱拡散率を測定した。二酸化ウラン試料の測定値は、米国TPRCのデータと良い一致を示した。また、試料調整技術の確証試験については、ジルコニア塊より加工・調整した試料の熱拡散率を測定することにより行った。その結果、妥当な熱拡散率測定値が得られた。

口頭

核燃料に関する計算組織学的な解析技術の開発,1; 研究開発の概要とねらい

倉田 正輝*; 太田 宏一*; 稲垣 健太*; 白数 訓子; 野本 祐春*; 澁田 靖*; 松田 哲志*

no journal, , 

核燃料に関する実用的なマルチスケールシミュレーション手法の構築を目的に、平成22年度より3か年の計画で文部科学省基礎基盤戦略研究イニシアティブの戦略的原子力共同研究プログラム「核燃料に関する計算組織学的な解析技術の開発」を進めている。本研究プログラムでは、「計算組織学」手法の中核となるフェーズフィールド(PF)法に関し、核燃料で重要となるさまざまな現象に対応できる解析モデルと解析ツールを開発する。また、組織形成の駆動力評価のためにCALPHAD法による熱力学データベース構築と、基礎試験による熱力学データベースの拡充を行う。研究開発のねらいと現状について報告する。

口頭

微細構造を制御した高MA含有不定比酸化物燃料の物性予測手法に関する研究,1; 研究概要

田中 康介; 小山 真一; 松田 哲志*; 牟田 浩明*

no journal, , 

高レベル放射性廃棄物からのマイナーアクチニド(MA)の分離変換技術は、多様なMAリサイクル戦略の中の枢要技術であり、着実な研究開発の推進が求められている。本件は、文部科学省原子力システム研究開発事業の一環で実施している「微細構造を制御した高MA含有不定比酸化物燃料の物性予測手法に関する研究」であり、高濃度のMAを含有する酸化物燃料における製造技術の最適化を図るとともに、各種物性データに及ぼすMA含有の影響を明らかにすることを目的としている。本報告では、シリーズ発表の1件目として、研究概要を述べる。

口頭

微細構造を制御した高MA含有不定比酸化物燃料の物性予測手法に関する研究,2; 焼結シミュレーション

松田 哲志*; 田中 康介; 牟田 浩明*

no journal, , 

酸化物燃料の原料粉末と焼結微細構造の関係を明らかにするため、計算機シミュレーションを用いて初期粉末組織の影響および緻密化挙動を評価した。

口頭

微細構造を制御した高MA含有不定比酸化物燃料の物性予測手法に関する研究,3; 模擬MA含有燃料の特性評価

牟田 浩明*; 大石 佑治*; 黒崎 健*; 山中 伸介*; 田中 康介; 松田 哲志*

no journal, , 

酸化物燃料物性へのMA添加の影響を評価するため、模擬MA元素を加えた試料を作製し、その熱的・機械的物性を評価した。

口頭

微細構造を制御した高MA含有不定比酸化物燃料の物性予測手法に関する研究,4; 研究内容及び主な成果

田中 康介; 関 崇行; 岡 弘; 松田 哲志*; 牟田 浩明*; 関岡 健*; 所 大志郎*

no journal, , 

文部科学省原子力システム研究開発事業の一環で実施した「微細構造を制御した高MA含有不定比酸化物燃料の物性予測手法に関する研究」における研究内容の概要と主な成果を報告する。

口頭

微細構造を制御した高MA含有不定比酸化物燃料の物性予測手法に関する研究,5; 焼結シミュレーションによる緻密化解析

松田 哲志*; 牟田 浩明*; 田中 康介

no journal, , 

焼結時の組織発展を解析する計算機シミュレーションを用いて、酸化物燃料焼結体の微細組織と緻密化の関係を評価した。さらに酸化物燃料の高密度化を図るための焼結プロセス最適化を検討した。

口頭

微細構造を制御した高MA含有不定比酸化物燃料の物性予測手法に関する研究,6; 模擬MA含有燃料の物性測定

牟田 浩明*; 加藤 直暉*; 田中 康介; 松田 哲志*; 大石 佑治*; 黒崎 健*; 山中 伸介*

no journal, , 

模擬MA・FPとして少量の希土類元素等を含むUO$$_{2}$$試料を作製し、その熱・機械的特性を評価した。特に熱伝導率について、緩和時間近似法によりMA・FP元素の添加効果を解析した。

口頭

微細構造を制御した高MA含有不定比酸化物燃料の物性予測手法に関する研究,7; 多量模擬MA含有燃料の物性予測評価

加藤 直暉*; 牟田 浩明*; 田中 康介; 松田 哲志*; 大石 佑治*; 黒崎 健*; 山中 伸介*

no journal, , 

10%以上の多量の模擬MA元素を含むUO$$_{2}$$固溶体試料を作製し、その物性を評価した。この結果から多量の模擬MA元素を含む場合の物性の予測手法の導出を試みた。

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