Reformation of hazardous wastes into useful supporting materials for fast reactor fuels

逢坂 正彦; 三輪 周平; 田中 康介; 圷 葉子; 池田 芳*; 三村 均*; 鈴木 達也*; 臼杵 俊之; 矢野 豊彦*

Annals of Nuclear Energy, 38(12), p.2661 - 2666, 2011/10

https://doi.org/10.1016/j.anucene.2011.07.030

放射性廃棄物からの回収Mo及びアスベスト有害廃棄物からの回収マグネシウム珪素酸化物の有効利用に関する新規概念を提案する。それぞれを導入した高速炉サイクルシステムについて述べる。幾つかの基礎サイクル技術に関する研究を行った。LIX63マイクロカプセルと3級ピリジン樹脂によるMoの分離に関する基礎的特長の研究を行った。Mo含有硝酸溶液からのシンプルなMo原料粉末の化学合成法に関する基礎実験を行った。焼結特性に与える回収Mo中の不純物の影響について実験的に検討した。

Densification of magnesia-based inert matrix fuels using asbestos waste-derived materials as a sintering additive

三輪 周平; 逢坂 正彦; 臼杵 俊之; 矢野 豊彦*

Progress in Nuclear Energy, 53(7), p.1045 - 1049, 2011/09

https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2011.04.016

アスベスト廃材由来セラミックスをマイナーアクチニド含有イナートマトリックス燃料の焼結助剤として利用するという、資源有効利用及び公共安全性に特化した燃料緻密化概念を構築した。本研究では、アスベストを低温で熱処理した場合に発生するケイ酸マグネシウムを焼結助剤として用いて、マグネシアを母材としたイナートマトリックス燃料の緻密化に及ぼす助剤の影響を検討した。

Interstitial atom behavior in neutron irradiated beta-silicon nitride.

秋吉 優史; 赤坂 尚昭; 舘 義昭; 矢野 豊彦*

The 5th International Meeting of Pacific Rim Ceram, 303 Pages, 2003/00

常陽にて中性子照射したbeta-Si3N4セラミックスを透過型電子顕微鏡により微構造観察を行った。照射温度の違いにより格子間型転位ループの導入状態に差があり、摂氏377度で照射した試料中にはクラスター状の欠陥が主に導入されていたが、摂氏394度で照射した試料中には大きな転位ループが多数確認されたことから、摂氏377度と摂氏394度の間で損傷組織発達形態が変化し、格子間原子の移動および転位ループの形成が始まったと考えられる。この結果は熱拡散率回復挙動とも合致している。

中性子照射により生成する鉛・ビスマス合金中のポロニウムの挙動に関する研究, 原子力基礎研究 H10-026 (委託研究)

関本 博*; 井頭 政之*; 矢野 豊彦*; 小原 徹*; 大崎 敏郎*

JAERI-Tech 2002-008, 58 Pages, 2002/03

JAERI-Tech-2002-008.pdf:3.6MB

本研究は、鉛・ビスマス合金の中性子照射によって生成されたポロニウムの生成率(断面積),合金からの放出率及び放出されたポロニウムの各種材料への吸着率を明らかにすることで、鉛・ビスマス冷却高速炉及び加速器駆動未臨界炉でのポロニウムの放出量の定量的評価のための知見を得ることを目的として行われた。ポロニウム生成率については、東工大ペレトロン加速器を用いて高速炉体系で重要なkeV中性子に対するビスマスの断面積を測定した。その結果、中性子捕獲断面積はJENDL評価値の1/2~1/3の値が、ポロニウム生成断面積ではJENDL評価値のほぼ1/3の値を得た。また、中性子照射により生成する鉛ビスマス合金中のポロニウムの挙動に関する実験を行うため、加熱吸着試験装置の設計と動作特性試験及び線測定器の動作特性試験を行い、るつぼやフィルター等の選定やその他の検討を行った。さらに照射設備でのサンプル照射と中性子レベル測定をおこなった。ただし、東工大での実験許可を得るのが遅れたため、鉛・ビスマス合金中のポロニウム挙動に関する実験は今後に残された。

中性子セラミックスの照射後試験研究(2)

矢野 豊彦*

JNC TJ9400 99-012, 96 Pages, 1999/03

JNC-TJ9400-99-012.pdf:4.37MB

本研究は、「複合環境用セラミックス系マルチコンポジットマテリアルと表面改質技術の開発」の一環として、平成9年度に行った照射後試験研究にに引き続き、中性子照射条件の異なるセラミックスの特性変化と組織変化を明らかにしたものである。すなわち、高速炉用炉内構造材料として適用が考えられている、Al2O3、AlN、SiC、Si3N4の4種のセラミックスについて、常陽の照射リグCMIR-4により同時に最大3.910の26乗n/m2乗の重照射した試料について、(1)透過型電子顕微鏡による組織観察、(2)スエリングの測定、(3)レーザーフラッシュ法による熱拡散率の測定、(4)等時アニールによるスエリングの回復挙動の測定、および(5)等時アニールによる熱拡散率の回復挙動の測定を行った。その結果、主として次のことが明らかになった。照射による長さ変化はAl2O3とAlNが約1.8-2.0%、SiCとSi3N4では0.2-0.4%と差が大きかった。また、熱拡散率はいずれの材料も0.03-0.05cm2/sに低下し、未照射材に見られた大きな差は消失していた。微構造観察により、Al2O3には高密度の転位、粒内の微細なボイド、及び粒界のマイクロクラックが、AlNには高密度の転位ループと粒界マイクロクラックが、SiCには高密度の単位ループが、Si3N4には粒子内にc軸に平行な面に転位ループの形成が認められた。スエリングのアニールによる回復測定から、Al2O3とAlNは照射温度に関係なく、800および1100付近からの急激な回復が見られ、SiCは照射温度付近から単調に回復したが、Si3N4では明瞭な回復は認められなかった。熱拡散率のアニールによる回復測定から、いずれも照射温度付近あるいはそのやや上の温度から回復をはじめ、1300においてSiCでは未照射の値の70%以上まで回復が認められたが、Si3N4では1/3程度、AlNでは10%程度であった。

温度モニター評価方法の開発(3)

井関 孝善*; 丸山 忠司*; 矢野 豊彦*

PNC TJ9607 89-001, 100 Pages, 1989/06

PNC-TJ9607-89-001.pdf:4.33MB

本実験の目的は、(a)中性子を重照射した試料の回復挙動、(b)中性子場及び(c)出力低下時の温度履歴の回復挙動への影響を明確にし、SiC温度モニターの測定精度の向上を計ることである。はじめに各種温度モニターについて概説し、特にSiC温度モニターについては詳しく文献調査をして問題点を明らかにした。次いで、1.51020n/cm21.71023n/cm2(E0.1MeV)の中性子照射をした18本のSiC温度モニターの回復曲線を、(1)マイクロメーターを用いた長さ測定法、(2)X線回析法により格子定数を求める方法、(3)ステップ加熱型熱膨張計による方法の3種の方法で測定した。それぞれの方法の利点及び欠点と、試料に要求される特性を明らかにし、特に(3)による方法が有効であることを掲示した。測定データに基づき、次のことを明らかにした。(1)長さ測定法によれば、1.71023n/cm2の重照射試料についても回復曲線の測定が可能である。(2)炉の出力低下を段階的に行った場合、回復曲線にそれを反映したステップが見られる。(3)中性子場の影響は、少なくとも組織的には変化を与えるが、回復曲線の大勢に与える影響は少ない。補正式の評価については、十分な照射試料がなかったため行えなかった。(4)等時アニールによる長さ及び格子定数の減少は必ずしも温度上昇に対し直線的ではなく、測定点の選び方が照射温度の推定に影響を与えると考えられる。本研究の結果、上記(a)(b)(c)について、従来に比べより詳細なデータを得ることができた。また、新しい温度モニター測定法を提案した。これらのことは、SiC温度モニターを利用していく上で有効と思われる。

アスベスト廃材由来セラミックスを利用した核燃料焼結体の緻密化

三輪 周平; 逢坂 正彦; 臼杵 俊之*; 矢野 豊彦*

no journal, , 

処理処分が社会問題となっているアスベスト廃材を、イナートマトリックス燃料の焼結助剤として用いる作製プロセスの概念を考案した。本研究では、イナートマトリックス燃料の構成材料であるMgO並びにMA酸化物の模擬材としてのCeOの緻密化挙動に及ぼす、アスベスト廃材由来の助剤、すなわちフォルステライト(MgSiO),エンスタタイト(MgSiO)の影響を調べた。MgO及びCeOについて、1wt.%のMgSiO, MgSiOの添加により焼結密度は上昇し、これらの助剤が緻密化に有効であることがわかった。

高速炉サイクルシステムへの適用を目指したイナートマトリックス燃料の基礎研究,2; SiNを母材とした燃料

矢野 豊彦*; 吉田 克己*; 今井 雅三*; 三輪 周平; 逢坂 正彦

no journal, , 

窒化ケイ素を母材としたイナートマトリックス燃料の基礎研究の一環として、マイナーアクチニドに代替元素を用いて基礎的な作製プロセスを検討し、得られた焼結体の特性を評価した。

マグネシウム含有ケイ酸塩を用いたイナートマトリックス用窒化ケイ素セラミックスの焼結と特性

臼杵 俊之; 吉田 克己*; 矢野 豊彦*; 三輪 周平; 逢坂 正彦

no journal, , 

長寿命核種であるマイナーアクチニド(以下MA)を安定核種に変換する技術の一つに、MAを不活性母材(イナートマトリックス)で固定化し、原子炉内で核変換するという方法がある。窒化ケイ素セラミックスは、高い熱伝導率、及び中性子照射に対する耐性を持つため、イナートマトリックスの候補材料に挙げられている。本研究ではMAの模擬材としてCeOを使用し、窒化ケイ素セラミックスを作製した。資源の有効利用の観点から、焼結助剤にはアスベスト廃材の主成分であるマグネシウム含有ケイ酸塩(フォルステライト,エンスタタイト,ステアタイト)を用いた。フォルステライトを焼結助剤とした試料では、1450Cの焼結で相対密度96%以上の焼結体が得られた。また、どの試料においても、1650Cの焼結体では、34W/mK以上の高い熱伝導率を示し、良好な熱特性を示した。