Controls of chromium and third element contents in nickel-base alloys for corrosion resistant alloys in hot HNO-HF mixtures

竹内 正行; 中島 靖雄; 星野 国義*; 河村 文雄*

Journal of Alloys and Compounds, 506(1), p.194 - 200, 2010/09

https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2010.06.175

Corrosion resistance of nickel-base alloys in HNO-HF mixtures was investigated to apply them to FLUOREX process, which is advanced hybrid process of fluoride volatility and solvent extraction for next-generation spent nuclear oxide fuel reprocessing. Many types of Ni-Cr and Ni-Cr-X (X= Mo, W, Nb, Ti, Si, Cu) ingots were experimentally manufactured and the desirable chromium and third element contents in nickel-base alloys were discussed in narrow range to improve the corrosion resistance in hot HNO-HF mixtures. From the results of corrosion tests, Ni-45Cr-0.25Mo alloy exhibited the best corrosion resistance in this study. The corrosion rate was 0.17mm/y in 8M HNO-0.1M HF solutions at 373K and it provided good performance as corrosion resistant materials. In conclusion, it was found that the control of higher chromium content and a small amount of molybdenum in nickel-base alloys are significant to improve the corrosion resistance in HNO-HF mixtures.

ハイブリッド再処理システムに関する調査

井上 明; 西村 友宏; 田中 博; 河村 文雄

JNC TN9420 2001-002, 47 Pages, 2001/06

JNC-TN9420-2001-002.pdf:0.35MB

FBRサイクル実用化戦略調査研究の一環として、これまで各種の先進的核燃料サイクルシステムの開発が進められてきた。本調査では、開発されたこれらの先進的再処理システムを組み合わせたハイブリッド再処理システムについて調査と評価を実施した。ハイブリッド再処理システムの事例調査に関しては、フッ化物揮発法と湿式再処理法の組み合わせ、フッ化物揮発法とフッ化物溶融塩抽出法および長寿命核種変換炉を組み合わせた燃料サイクルシステム、および、湿式再処理工程の前後に乾式再処理の技術を適用した例をとりあげ、これらについて、対象システムの内容を調査し、その特徴を評価した。ハイブリッド再処理システムの提示と評価に関しては、乾式再処理システムとしてフッ化物揮発法、溶融塩抽出法(酸化物電解法など)をとりあげ、主としてこれらと湿式再処理システムとを組み合わせたシステムを提示した。提示したシステムについては、成立性、MA、FP分離回収方法、核拡散抵抗性および固有安全性を検討し、経済性、燃料精製度および廃棄物発生量の元のシステムとの比較評価を行った。

再処理システムの技術検討書

田中 博; 河村 文雄; 西村 友宏; 紙谷 正仁

JNC TY9400 2000-025, 280 Pages, 2000/07

JNC-TY9400-2000-025.pdf:10.32MB

FBRサイクル実用化戦略調査研究においては、安全性の確保を前提とし、経済性、資源有効利用性、環境負荷低減性及び核不拡散性を有し、原子炉システムと調和を図ったFBRリサイクルシステムの開発を目標としている。これを踏まえ、再処理システムの検討では、これまで開発を進めてきた湿式再処理法(PUREX)の合理化を図るとともに、新たに乾式再処理法を対象に、技術的成立性、経済性などを評価した。湿式再処理法では合理化した先進湿式再処理システムを、乾式再処理では溶融塩電解法、フッ化物揮発法を基本としたシステムを開発し、その概略設計検討を行った。安全性等の開発目標に対して、その適合性を評価した結果、各システムとも技術的成立性の見通しが得られた。経済性評価では、軽水炉リサイクルシステムと競争可能な燃料サイクル費を達成するポテンシャルを有するとの評価が得られた。また、実用化に向けた課題を抽出した。今後、各システムについてこれまでの評価検討を継続し、詳細検討を実施する。

先進的核燃料リサイクルシステムの設計研究(熔融塩を用いたリサイクルシステムの概念構築)

河西 善充; 掛樋 勲; 毛呂 達; 東 達弘; 戸部 賢治; 河村 文雄; 米澤 重晃

JNC TN9400 98-003, 422 Pages, 1998/10

JNC-TN9400-98-003.pdf:21.36MB

大洗工学センター先進リサイクル工学グループでは、経済性を抜本的に改善し、環境への負荷低減(MAリサイクル、廃棄物の極小化)を図り、かつ安全性、核不拡散性を向上させる先進的核燃料リサイクルシステムとして、溶融塩(乾式)技術を適用したリサイクルシステムの設計研究を進めている。本報告書は、平成8年12月にまとめた「先進的核燃料リサイクルシステムの設計研究(溶融塩を用いたリサイクルシステムの概念検討)」に引き続き実施した設計研究の成果をまとめたものである。本研究で実施した内容は、以下の通りである。(1)リサイクルシステムのシステム概念として、溶融塩技術を適用し、炉の建設計画に合わせリサイクルの需要バランスに柔軟に対応でき、標準化による経済性向上が図れ、また技術進歩(技術改良と新型燃料への移行性)に対して柔軟性がある再処理・燃料加工一体型モジュールリサイクルシステムの概念を構築した。このリサイクルシステムの経済性目標、システム容量等について検討した。この商用モジュールシステムの雛形となり、最小単位のモジュールシステム(10tHM/yの実証システム)について、システム構成とフローシートを検討し、まとめた。(2)モジュールシステムを構成する各システムの検討として、溶融塩電解システムの電解槽とカソードプロセッサの検討、溶融塩電解の熱力学的検討、MAリサイクルシステムの回収性能の解析、脱被覆システム、廃棄物処理システムの検討を行った。(3)リサイクルシステムのホットセルシステムの検討を行い、リニアモータ式ロボットによるマテリアルハンドリングシステムの概念、セルの構成・建屋配置計画をまとめた。また、ホットセル内の電解槽等の臨界解析、リサイクル施設の計量管理技術の調査・検討等を行った。本システム設計研究は、ここで示したシステム概念検討結果をベースに炉・燃料の設計研究と整合を取りつつ、高速炉を中心とした核燃料サイクルの実用化像の構築に向け、更に進めていく予定である。

先進的核燃料リサイクルシステムの設計研究(溶融塩を用いたリサイクルシステムの概念検討)

掛樋 勲; 波多野 守; 米澤 重晃; 河村 文雄; 白井 信行; 梶谷 幹男; 川合 努

PNC TN9410 97-015, 382 Pages, 1996/12

PNC-TN9410-97-015.pdf:12.32MB

社会の多様なニ-ズに対応できる技術の可能性を追求する先進的核燃料リサイクルシステムを構築することを目的として設計研究を行っている。本報告書は、先進的核燃料リサイクルシステムの概念検討について、経過報告をまとめたものである。概念検討では、先進的核燃料リサイクルシステムの概念構築とシステム構築に必要な研究開発課題を検討している。システムの基本となる概念は、従来のPUREX再処理法、ペレット加工法の概念を脱却する溶融塩を用いたリサイクルシステムである。検討した内容は、主に以下のことである。1)窒化物プロセス(Cd陰極法利用の成立性) 2)低融点溶融塩(ALCL3+有機塩の適用性) 3)脱被覆法(乾式熱処理法の利点) 4)電解中核種挙動(ヨウ素の挙動、FP塩化物の揮発性、塩素化・電解中の核種挙動) 5)溶融塩電解槽の臨界計算 6)オフガス処理系統図の作成 7)機器概念図の作成(カソードプロセッサ、振動充填) 8)高レベル廃棄物量の算定 9)燃料の品質(リサイクル燃料のFP混入量) 10)ロボットハンドリングシステムの概念検討 11)先進的核燃料リサイクルシステムの意義についてまとめた。今後、システム概念の提案、研究開発課題の摘出、実行プログラム(案)の作成を行ってまとめる予定である。

FPガス圧力計再計装技術の開発; FPガス圧力計の試作結果

小森 芳廣; 大島 邦男; 鈴木 康夫; 河村 弘; 桜井 文雄; 大岡 紀一; 斎藤 実

JAERI-M 88-156, 57 Pages, 1988/08

JAERI-M-88-156.pdf:1.84MB

発電炉等で照射された燃料棒にFPガス圧力計を再計装し、再照射試験中の燃料棒内圧を測定するための方法を考案した。本方法を実現するためには、遠隔操作による照射済燃料棒の端栓加工を始めとし、FPガス圧力計等の再計装機器の燃料棒への取り付け及び再計装後の燃料棒の照射試験用キャプセルへの装荷に至るまでの一連の技術を確率する必要があり、現在、各関連技術開発が順調に進められている。本報告では、考察された再計装方法の概要を述べるとともに、再計装機器のうちのFPガス圧力の試作、炉外性能試験及びJMTRにて実施した炉内性能試験の結果をまとめたものである。

BOCAキャプセルによる燃料中心温度測定実験; 80F-1Jおよび80F-2J

小向 文作; 河村 弘; 安藤 弘栄; 桜井 文雄; 新見 素二; 瀬崎 勝二; 小山田 六郎

JAERI-M 85-087, 23 Pages, 1985/07

JAERI-M-85-087.pdf:0.84MB

JMTRのBOCAキャプセルを用いて、製造時ペレット-被覆管ギャップの異なる2本の88型BWR燃料棒(直径ギヤップ; Rod1: 90m及びRod2: 190m)の燃料中心温度度測定実験を実施し、出力サイクル及び出力急昇時の燃料挙動に及ぼす燃料棒設計パラメータの影響を調べた。得られた結果は次の通りである。(1)ギャップの違いによる燃料中心温度差は、300w/cmにおいて約120Cであった。またRod1, 2の燃料中心温度は、ともに第1回目原子炉起動時よりも第2回目の方が高かった。(2)出力サイクル及び出力急昇時の燃料中心温度は、各Rodの第2回目原子炉起動時の場合と同じであった。(3)Rod2の燃料棒伸びは、第1回目原子炉起動時が最も大きく、それ以後は出力サイクル数とともに減少した。(4)燃料ふるまいコード「FEMAXI-III」による燃料中心温度の計算値は、実測値と良く一致した。

柔軟な移行期燃料サイクルシステムの開発,1; 全体構想

山下 淳一*; 深澤 哲生*; 河村 文雄*; 星野 国義*; 笹平 朗*; 佐藤 正知*; 湊 和生

no journal, , 

軽水炉(LWR)から高速増殖炉(FBR)への移行期において、種々の不確定要因に柔軟に対応できる燃料サイクルシステムを考案した。本システム(FFCI:Flexible Fuel Cycle Initiative)は、ウラン分別とプルトニウム抽出の再処理機能を分離することにより、余剰プルトニウム非保有,不確実性対応,経済性向上を達成できる。軽水炉使用済燃料中の約90%のUを分別回収した後のリサイクル原料を中間バッファとすることにより、高速炉導入速度の変動に柔軟に対応できる。また、リサイクル原料は多量FP共存のため核拡散抵抗性も高い。ウラン分別は高除染でUが回収できる方法を採用し、再濃縮/利用を図る。

柔軟な移行期燃料サイクルシステムの開発

山下 淳一*; 深澤 哲生*; 河村 文雄*; 星野 国義*; 笹平 朗*; 佐藤 正知*; 湊 和生

no journal, , 

原子力政策大綱によれば、原子力発電の着実な推進を図るためFBRを経済性等の諸条件が整うことを前提に、2050年頃から商業ベースで導入を目指すとしている。これまでFBRサイクルの検討は専らFBR平衡期を対象に、経済性に優れたFBR及びFBR再処理が開発されてきたが、FBR移行期はほとんど検討されていない。FBR移行期には軽水炉再処理はFBR用Pu供給の役割を果たすが、FBR導入速度の変化に柔軟に対応しないとPu需給バランスが崩れ、稼動率(経済性)を悪化させる可能性が生じる。このような背景の元に、本研究ではFBR,FBR再処理,軽水炉再処理を一体と考え、経済性と柔軟性を両立させた革新的システムを提案する。

次世代高経済性再処理「FLUOREX法」の開発,3; 耐硝フッ酸用装置材料の検討

竹内 正行; 小泉 務; 星野 国義*; 河村 文雄*

no journal, , 

フッ化物揮発法と溶媒抽出法のハイブリッド技術であるFLUOREX法では、フッ化物揮発法で大部分のUを揮発分離し、残渣側を酸化物転換後に湿式プロセスで処理を行う。その際、転換しにくい一部のフッ化物が残存し、湿式工程に同伴する可能性が高く、この同伴フッ化物の影響により、特に装置材料の腐食への影響が懸念されている。本件では、装置材料の腐食低減を図る方法の一つとして、Ni-Cr系合金を対象に硝フッ酸環境での耐食材料に関する基礎的な検討を行った。その結果、Cr含有量及び第三金属成分による耐食性向上効果を確認するとともに、0.2mm/y前後の良好な耐食性を得た。