核燃料物質で汚染された湿式回収設備を中心としたグローブボックス群解体撤去作業の実績

北村 哲浩; 平野 宏志*; 吉田 将冬; 武内 健太郎

保健物理(インターネット), 58(2), p.76 - 90, 2023/08

https://doi.org/10.5453/jhps.58.76

現在原子力機構核燃料サイクル工学研究所プルトニウム燃料技術開発センターのプルトニウム燃料第二開発室は廃止措置に移行しており、約20年前から不稼働グローブボックスの解体撤去進めている。本稿ではこの20年の間に進めてきた解体撤去作業の実績について解説する。また、この過程で経験したいくつかの不具合事象やトラブルの概要を示すとともに、それらにどのように対応してきたかを紹介する。さらに解体作業中の被ばく管理の具体的な内容を示し、作業者の放射線管理について概観する。

Development of science-based fuel technologies for Japan's Sodium-Cooled Fast Reactors

加藤 正人; 廣岡 瞬; 生澤 佳久; 武内 健太郎; 赤司 雅俊; 前田 宏治; 渡部 雅; 米野 憲; 森本 恭一

Proceedings of 19th Pacific Basin Nuclear Conference (PBNC 2014) (USB Flash Drive), 12 Pages, 2014/08

ウラン-プルトニウム混合酸化物(MOX)はナトリウム冷却高速炉の燃料として開発が進められている。MOXペレットの焼結挙動や照射挙動を解析するために、サイエンスベース燃料技術の開発を進めてきた。この技術は、適切な燃料製造条件や照射挙動解析結果について、機構論的なモデルを用いて計算し、供給することができる。

Measurement of oxygen potential of (UPu)O at 1773 and 1873 K, and its analysis based on point defect chemistry

加藤 正人; 中道 晋哉; 武内 健太郎; 砂押 剛雄*

CALPHAD; Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry, 35(4), p.623 - 626, 2011/12

https://doi.org/10.1016/j.calphad.2011.02.007

ウラン・プルトニウム混合酸化物は、高速炉の燃料として用いられる。MOXは、蛍石構造を持つ酸素不定比性化合物であり、ハイパー,ハイポストイキオメトリの両方の組成で安定な酸化物である。MOXの酸素量は、基礎特性に大きく影響するため、酸素量と酸素ポテンシャルの関係を評価することは大変重要である。本研究では、(UPu)Oの酸素ポテンシャル測定を1773K及び1873Kで行った。測定は熱重量計を用いて気相平衡法で行った。酸素ポテンシャルを温度,O/Mの関数として決定し、点欠陥モデル用いて定比組成の酸素ポテンシャルを1773K及び1873Kにおいて、それぞれ-311kJ/mol及び-299kJ/molと得た。

Development of oxygen-to-metal ratio of MOX pellet adjustment technology for the simplified MOX pellet fabrication method in the FaCT project

高野 龍雄; 須藤 勝夫; 武内 健太郎; 木原 義之; 加藤 正人

Proceedings of International Conference on Toward and Over the Fukushima Daiichi Accident (GLOBAL 2011) (CD-ROM), 7 Pages, 2011/12

高速増殖炉サイクルの経済性を向上させるための重要な要求事項の一つに、MOX燃料の高燃焼度化が挙げられている。MOX燃料の高燃焼度化は燃料-被覆管の化学的相互作用(PCCI)を増大させるため、高燃焼度化を達成するにはPCCIの要因となる燃料ピン内の余剰酸素を抑制する必要がある。燃料ピン内の余剰酸素を抑制する方法として、MOXペレットの初期O/M比を下げる方法があり、O/M比1.97以下のMOXペレットの製造技術開発を進めている。MOXペレットのO/M比の調整技術は、FaCTプロジェクトにおいて実施している簡素化ペレット法の技術開発において、枢要技術の1つである。これまでのMOXペレットのO/M比の調整技術開発において、酸素ポテンシャル及び酸素相互拡散係数のデータを用いて理論的に熱処理中のO/M比の変化を推定する手法を開発した。これにより、目標とするO/M比のMOXペレットを得るための理論的な熱処理条件を設定することが可能となり、実験室規模(数百g)のMOXペレットO/M比調整試験を実施した結果、本手法による熱処理後のO/M比の推定値とほぼ一致することを確認している。ここでは、実験室規模の次のステップとして、小規模(数kg)で目標とするO/M比のMOXペレットを得ることを目的に実施した技術開発の結果について報告する。

Influence of O/M ratio on sintering behavior of (U,Pu)O

武内 健太郎; 加藤 正人; 砂押 剛雄*

Journal of Nuclear Materials, 414(2), p.156 - 160, 2011/07

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2011.02.050

熱天秤及び熱膨張計を用いて焼結中のMOXペレットのO/M比及び収縮率を測定し、MOXペレットの焼結挙動を評価した。試料にはPu富化度を20wt%に調整したMH-MOX粉末をダイ潤滑法で成型した試料を用い、雰囲気中の水素水分比をパラメータとして等速度昇温試験及び等温保持試験を行った。等速度昇温試験では、水素水分比の減少に伴って収縮速度及びO/M比が増加した。等温保持試験では、O/M比1.98から2.0005の範囲で試験を実施した。得られた結果は式(1)を用いて解析し、焼結メカニズムに関連する定数nを評価した。y=(/)=() , (1)解析結果から、MOXペレットの焼結はO/M及び温度によってそのメカニズムが変化することを確認した。

低密度MOX燃料製造におけるポアフォーマ特性試験

水野 峰雄; 芳賀 哲也; 須藤 勝夫; 武内 健太郎; 沖田 高敏; 木原 義之

JAEA-Technology 2011-009, 100 Pages, 2011/06

JAEA-Technology-2011-009.pdf:32.59MB

高速増殖原型炉もんじゅ用燃料ペレットは85%TDと低焼結体密度仕様であるため、製造には密度を降下させるためのポアフォーマ(以下、PFと略す)として、アビセルが使用されてきた。しかし、近年、アビセルの製造が中止されたため、代替材としてのPF候補材の特性を比較評価するための試験を実施した。下記に示した本試験の結果に基づき、セルフィアをアビセルの代替材に推奨した。(1)セルフィアを添加したペレットの焼結体密度のPF添加による密度降下率は、アビセルを添加したペレットとほぼ同一で、密度のばらつきはPF候補材の中で最も小さい。(2)ペレット外観観察における欠陥発生率は、PF候補材の中で最も低い。(3)セルフィアを添加したペレットのO/Mは、アビセル添加ペレットのO/Mと同等である。(4)ペレット縦断面金相観察におけるマイクロクラック発生の程度は、セルフィアがPF候補材の中で最も小さく、アビセル添加ペレットと同等である。(5)セルフィアを添加したペレットの焼しまり量はアビセル添加ペレットと同等である。上記のとおり、アビセルの代替材として推奨したセルフィアは、アビセル使用終了後のもんじゅ燃料製造に使用される予定である。

Phase separation behaviour of (UPu)O (1.92x2.00) based fuels containing actinides and/or lanthanides

米野 憲; 加藤 正人; 宇野 弘樹*; 武内 健太郎; 森本 恭一; 鹿志村 元明

IOP Conference Series; Materials Science and Engineering, 9, p.012016_1 - 012016_7, 2010/05

https://doi.org/10.1088/1757-899X/9/1/012016

相分離挙動の評価は高速炉用燃料の設計において重要なデータである。30%Pu含有MOX及びMA(Np, Am)含有MOXにおいて、相分離温度について既報データと新たに取得したデータを合わせ、燃料組成と相分離温度との関係を評価した。その結果、O/M比が1.92から1.95の範囲においてマイナーアクチニドの含有率が多いほど相分離温度は低下する傾向を示した。

Development of an advanced fabrication process for fast reactor MOX fuel pellets

加藤 正人; 瀬川 智臣; 武内 健太郎; 鹿志村 元明; 木原 義之

Proceedings of International Conference on Advanced Nuclear Fuel Cycle; Sustainable Options & Industrial Perspectives (Global 2009) (CD-ROM), p.2051 - 2058, 2009/09

原子力機構では、高速炉リサイクル技術(FaCTプロジェクト)の開発のために、マイナーアクチニド含有MOXの開発を進めている。その燃料は、最大5%のマイナーアクチニドを含有する低O/Mの均質燃料である。この燃料の製造技術を確立するために、原料粉末の熱特性と、酸化原料を用いたペレット調製及びO/M調製に関する研究を実施した。

Effect of residual carbon on the sintering behavior of MOX pellets

朝倉 浩一; 武内 健太郎

Journal of Nuclear Materials, 348(1-2), p.163 - 173, 2006/01

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2005.09.016

MOX燃料ペレットの焼結挙動への残留炭素の影響を研究するため、異なる量の炭素(2901735ppm)を含むMOXペレットの焼結挙動を10732023Kの温度範囲で調査した。加熱中の試料の収縮は非接触型のディラトメータで測定した。高炭素残留濃度の2試料は、低残留炭素濃度2試料と比較し、12731523Kの温度範囲において約6倍の収縮を示した。この挙動は、高残留炭素濃度試料においては、COガスの生成によりO/Mが低下し、結果として金属イオンの相互拡散係数が大きく増加したと考えることに理解できる。低残留炭素濃度試料では、COガスの生成量が小さいため、相互拡散係数には影響しない。2種類の試料における収縮挙動の違いは、セラミックスの初期焼結段階に適用される理論モデルからも議論されている。

簡素化ペレット法による燃料製造技術開発,6; 焼結・O/M調整技術開発

高野 龍雄; 小林 仁; 鈴木 雄一郎*; 芳賀 哲也; 武内 健太郎; 鹿志村 元明; 鈴木 政浩; 木原 義之

no journal, , 

FaCTプロジェクトにおいて、簡素化ペレット法による燃料製造技術の成立性の見通しを得るために、焼結・O/M調整技術開発を実施している。本報告では、小規模MOX試験用焼結・O/M調整設備の設計結果について報告する。小規模MOX試験用焼結・O/M調整設備の主な仕様は、(1)処理量: 3kgMOX/バッチ,(2)雰囲気ガスの酸素ポテンシャル制御機能,(3)降温時のO/M変化防止のための急冷機能である。これまでのMOX燃料技術開発等での知見から、炉内ペレット装荷域での雰囲気ガスの滞留による焼結密度,O/M等のばらつきの低減及びO/M調整時間の短縮を図る必要があった。本開発では、炉内の雰囲気ガスの流れについて可視化試験を行い、その結果をもとに炉内構造を設計し、ペレットへの雰囲気ガスの供給が均一となるよう改善を図った。また、雰囲気ガスの酸素ポテンシャルは雰囲気ガス中の水分/水素濃度比によって制御し、最大1000C/hで降温する冷却能力を有する設計とした。今後は、本設計結果をもとに、設備の製作・据付を行い、基本プロセスを確証するための試験に移行する。