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論文

Segregation behavior of Fe and Gd in molten corium during solidification progress

須藤彩子; Meszaros, B.*; Poznyak, I.*; 佐藤拓未; 永江勇二; 倉田正輝

Journal of Nuclear Materials, 533, p.152093_1 - 152093_8, 2020/05

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2020.152093

被引用回数：4 パーセンタイル：45.45(Materials Science, Multidisciplinary)

For a criticality assessment of the fuel debris generated by the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident, knowing the segregation of neutron absorber materials, , Gd, B, and Fe, in the fuel debris is necessary. Although B may mostly evaporate during melting, Fe and Gd are expected to remain in the molten corium. To understand the redistribution behavior of Gd and Fe during the solidification of the molten corium, solidification experiments with simulated corium (containing UO $_{2}$ , ZrO $_{2}$ , FeO, and Gd $_{2}$ O $_{3}$ with a small amount of simulated fission products such as MoO $_{3}$ , Nd $_{2}$ O $_{3}$ , SrO, and RuO $_{2}$ ) were performed using a cold crucible induction heating method. The simulated corium was slowly cooled from 2,500 $^{circ}$ C and solidified from the bottom to the top of the melt. An elemental analysis analysis of the solidified material showed that the Fe concentration in the inner region increased up to approximately 3.4 times that in the bottom region. This suggested that FeO might be concentrated in the residual melt and that, consequently, the concentration of Fe increased in the later solidification region. On the contrary, the Gd concentration in the periphery region was found to be approximately 2.0 times higher than that in the inner region, suggesting the segregation of Gd in the early solidified phase. No significant segregation was observed for the simulated fission products.

口頭

U-Zr-Gd-O系溶融コリウムの凝固挙動に関する基礎試験

須藤彩子; Poznyak, I.*; 永江勇二; 中桐俊男; 倉田正輝

no journal, ,

溶融コリウムの凝固プロセスに関する知見を得るため、模擬コリウムU-Zr-Gd-Oを用いた予備的な凝固試験を実施し、その溶融固化状況を観察した。模擬炉心溶融物材料として、wt.70%UO $_{2}$ +30%ZrO $_{2}$ に2%のGd $_{2}$ O $_{3}$ を添加した粉末900gを、コールドクルーシブ誘導加熱炉に設置し、誘導材料として6gの金属Zrを添加後、空気中で溶融させた。固化後の試料は外観観察を行った後、試料の詳細な凝固生成物の分析のため、SEM/EDXでの元素分析を行った。また、様々な凝固条件下での溶融コリウムの性状評価のため、炉冷条件・徐冷条件2パターンの試験を行った。炉冷条件で行った試料(J1)は固化後4.8cmの高さとなり、試料下部は結晶化しており加熱中も溶融していなかったと推測できる。徐冷条件で行った試料(J2)に関しては、構造はJ1とおおよそ一致しているものの、上部クラスト真下に引け巣の形成が確認できた。この引け巣は遅い凝固速度での固化時に容積の収縮により形成したと考えられる。また、J1, J2両方の試料中で、Gdは試験後期で凝固した試料中央部に濃縮していることが明らかとなった。

口頭

U-Zr-Gd-O系溶融コリウムの凝固試験

須藤彩子; Poznyak, I.*; 永江勇二; 中桐俊男; 倉田正輝

no journal, ,

溶融コリウムの凝固プロセスにおいて固化時の引け巣形成挙動、デブリ主成分の偏在、Gdの濃度分布等の情報を得るため、模擬U-Zr-Gd-O系コリウムの溶融試験を行った。炉心溶融物材料であるUO $_{2}$ , ZrO $_{2}$ , Gd $_{2}$ O $_{3}$ 粉末を69:29:2(wt%)で混合し、コールドクルーシブ誘導加熱炉に設置し、誘導材料として6gの金属Zrを添加後、空気中で溶融させ、急冷条件(J1)および徐冷条件(J2)での凝固を行った。加熱試験終了後、試料の詳細な凝固生成物の分析のため、XRDでの相同定およびSEM/EDXでの元素分析を行った。J1で得られた試料は固化後4.8cmの高さとなり、試料下部は結晶化しており加熱中も溶融していなかったと推測できる。J2に関しては、構造はJ1とおおよそ一致しているものの、上部クラスト真下に引け巣の形成が確認できた。この引け巣は遅い凝固速度での固化時に容積の収縮により形成したと考えられる。また、J1, J2両方の試料中で、Gdは試料中央部に若干濃縮していることが明らかとなった。

口頭

模擬溶融コリウム中のガドリニウムおよび鉄の凝固時偏析に係る基礎検討

須藤彩子; Poznyak, I.*; 佐藤拓未; 永江勇二; 倉田正輝

no journal, ,

溶融燃料凝固過程の解析モデル妥当性評価のため、U-Zr-Gd-Fe-O系模擬溶融コリウムの凝固試験を実施した。炉心溶融物の構成材料として、UO $_{2}$ , ZrO $_{2}$ , Gd $_{2}$ O $_{3}$ , FeOの粉末試薬を用いた。No.1ではさらに小片の金属モリブデンを加え、No.2では模擬FP酸化物(MoO $_{3}$ , NdO $_{3}$ , SrO $_{2}$ , RuO $_{2}$ )の粉末試薬を加えた。(重量900g)模擬コリウム試料は最大出力60kWのコールドクルーシブル誘導加熱炉を用い、金属Zrを誘導体とし空気中で加熱した。溶融プール出現後、試料表面温度は約2400 $^{circ}$ Cまで達し、その後試料ステージを徐々に発熱源より下降させることにより徐冷した。固化後、No.1では266.3g、高さ2.8cmのインゴットとして、No.2では757.8g、高さ3.2cmのインゴットとして得られた。固化後インゴットを上部から下部にかけサンプリングを行い、元素分析を行った。Fe濃度を固化後試料の高さ方向で比較したところ、No.1では最終凝固位置に近いと予測される試料中心部(1.5cm)で最大となり(0.8wt%)、上部クラスト部分(2.5cm)で最小となった(0.2wt%)。一方、No.2では試料上部(3.0cm)で最大となった。No.2はNo.1に比べ溶融物の量が多く、最終凝固位置が2.0cm2.5cm付近である考えられ、上部がより最終凝固位置に近かったためと考えられる。