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論文

Temperature accelerated dynamics study of migration process of oxygen defects in UO$$_{2}$$

一宮 尚志*; Uberuaga, B. P.*; Sickafus, K. E.*; 西浦 廉政*; 板倉 充洋; Chen, Y.*; 金田 保則*; 木下 幹康

Journal of Nuclear Materials, 384(3), p.315 - 321, 2009/02

 被引用回数:31 パーセンタイル:88.62(Materials Science, Multidisciplinary)

軽水炉で使用される二酸化ウラン燃料中の酸素欠陥の移動プロセスを、温度加速法を用いて研究した。格子間酸素原子の移動は酸素欠損より遅いが、格子間原子がクラスターになると欠損より速く動くことがわかった。この結果は高燃焼度燃料のリム組織形成や平面欠陥といった現象の生成メカニズムを解明するための有力な手がかりである。

口頭

UO$$_{2}$$中の酸素欠陥の挙動の数値シミュレーション

一宮 尚志*; 西浦 廉政*; 板倉 充洋; 木下 幹康

no journal, , 

二酸化ウランのリム構造形成においては、結晶中の酸素空孔及び格子間原子の挙動が重要な役割を果たすと考えられているが、格子間原子の移動は長時間のスケールで起こる現象のため、通常の分子動力学シミュレーションは困難である。本講演では、より長時間の挙動を追う手法を用いてシミュレーションを行った結果を述べる。

口頭

Study of fission and high-burnup induced restructuring of nuclear fuel ceramics; Applying computer science to investigate kinetic process

木下 幹康; Chen, Y.*; 金田 保則*; Geng, H. Y.*; 岩沢 美佐子*; 大沼 敏治*; 一宮 尚志*; 西浦 廉政*; 板倉 充洋; 中村 仁一; et al.

no journal, , 

軽水炉燃料においては約70GWd/tの燃焼度で結晶粒が50$$sim$$200nmに変化する細粒化が観察されている。新クロスオーバ研究では加速器実験と計算科学的手法により、その主要なプロセスのシミュレーションが行われている。加速器照射においては、模擬燃料セリア(CeO$$_{2}$$)における、結晶の細粒化が部分的に再現された。TEM観察によると主要なプロセスは細粒化であり異なるスケールの酸素原子の欠陥と板状のクラスターが重要な役割を担っていることが示された。一方、第一原理,分子動力学,モンテカルロ法,メゾスケールのセルオートマトン法等の計算科学的研究も現在実施している。計算科学的研究の骨子は核分裂片トラックによる加熱とクエンチの繰り返しの理解がもとになっている。これらにより原子は高エネルギーの準安定位置と構造に置かれる。多くの実験観察をもとに目標とするプロセスの核心に解析が近づいている。

口頭

Recovery and restructuring induced by fission energy ions in high burnup nuclear fuel

木下 幹康; 安永 和史*; 園田 健*; 岩瀬 彰宏*; 石川 法人; 左高 正雄; 安田 和弘*; 松村 晶*; Geng, H. Y.*; 一宮 尚志*; et al.

no journal, , 

新クロスオーバ研究で得られた成果概要を示す。高燃焼度燃料におけるセラミックス燃料の細粒化現象についてそのメカニズム解明とシミュレーション手法の開発をすすめている。主要な強調点は以下の2点である。(1)酸化ウランの模擬資料であるセリア(CeO$$_{2}$$)を用いて、イオンインプランターによる燃焼度の模擬、タンデム加速器による核分裂照射の模擬、の2つを組合せることによって細粒化の基礎過程である亜結晶の生成を実現した。(2)実燃料で観察される、上記細粒化の発生直前の事象である、酸素の再配置現象について、計算科学において検討をすすめた。過剰な酸素が存在する場合について(過化学量論組成について)第一原理計算では形成エネルギーの計算により秩序配列を再現することができた。加速分子動力学法では、過剰な酸素原子がクラスターをつくり、常温を含む低温でも高速に拡散運動することを初めて発見した。

口頭

新クロスオーバー研究(NXO),9; 高燃焼度燃料細粒化・リム組織形成シミュレーション研究の現状と成果

Chen, Y.*; 金田 保則*; Geng, H. Y.*; Shang, J. C.*; 岩沢 美佐子*; 大沼 敏治*; 園田 健*; 一宮 尚志*; 鈴土 知明; 板倉 充洋; et al.

no journal, , 

新クロスオーバー研究の研究成果について、計算科学によるシミュレーション研究(第一原理電子論,分子動力学,統計力学・熱力学,メゾスコピック)の成果並びに、加速器によるシミュレーション実験の成果内容も含めてその概要を示す。また、今後の発展の方向と課題について述べる。

口頭

UO$$_2$$金属格子欠陥存在下の酸素原子の動力学シミュレーション

一宮 尚志*; 西浦 廉政*; 板倉 充洋; 木下 幹康

no journal, , 

二酸化ウラン中の酸素格子欠陥の挙動に対して、ウラン原子の欠損、及びXeに代表される反応生成物がどのような影響を与えるか温度加速動力学法を用いたシミュレーションにより調べた。まずU欠損が他の格子欠陥に対してどのような影響を与えるかを調べた。U欠損は酸素原子に比べて非常に動きにくく、シミュレーションの結果もU欠損の移動はほとんどない。さらにU欠損のある結晶中に酸素欠損を導入すると、酸素欠損はU欠損とペアを作って安定化する。このペアを壊すために必要な励起エネルギーは0.76eVであった。このことから、U欠損が存在する場合には酸素欠損はUにトラップされて非常に動きにくくなることがわかった。

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