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論文

Structural characterization by X-ray analytical techniques of calcium aluminate cement modified with sodium polyphosphate containing cesium chloride

高畠 容子; 渡部 創; 入澤 啓太; 塩飽 秀啓; 渡部 雅之

Journal of Nuclear Materials, 556, p.153170_1 - 153170_7, 2021/12

The long-time experimental activities on pyroprocessing have generated waste eutectic salts contaminated with nuclear materials. After reprocessing tests, waste salts should be appropriately treated, with a focus on Cl disposal considering its corrosive nature. It is important to construct Cl confinement for the waste salts. Chlorapatite (Ca$$_{10}$$(PO$$_{4}$$)$$_{6}$$Cl$$_{2}$$) has great potential for Cl confinement due to Ca and P. The chemical reactivity of Cl will be drastically reduced if chlorapatite can be synthesized in calcium aluminate cement modified with sodium polyphosphate (CAP) containing CsCl. This study confirms the chemical state of Cl and metal elements in the cement by XRD, XPS, and XANES in the CAP containing CsCl. The analyses results suggest the existence of the Ca-Cl-Cs and Al-Cl-Cs bonds in CAP containing CsCl. The formation of the chemical bonds of Cl with metal elements might be one of important factors for the chlorapatite formation from the CAP containing CsCl.

口頭

Microstructure of Cs chemisorbed stainless steel type 304

鈴木 恵理子; 中島 邦久; 三輪 周平; 逢坂 正彦; 橋本 直幸*; 磯部 繁人*

no journal, , 

ステンレス鋼へのセシウム(Cs)化学吸着モデルの改良に資する知見の取得のために、873-1273KでCs化学吸着したステンレス鋼の微視的分析を行い、酸化層内部に生成したCs化合物の化学形や分布を調査した。1073-1273Kでは、Cs化合物の組成がステンレス鋼の酸化層表面からの深さによって異なること、873-973Kでは、Cs化合物が酸化層内部にアモルファス相として存在することが分かった。これらの結果から、酸化層内部では、酸化層表面付近とは異なる化学反応を生じていることが示唆された。

口頭

Two dimensional analyses for pore migration behaviour to affect the MA-bearing MOX fuel restructuring

小澤 隆之; 廣岡 瞬; 加藤 正人; Novascone, S.*; Medvedev, P.*

no journal, , 

MA含有MOX燃料の照射挙動は燃料組成に依存し、照射初期における燃料組織変化挙動に係るポア移動に及ぼすO/M依存性を評価するため、米国INLと共同でBISONコードをMOX燃料挙動解析に適用するよう、燃料組成に応じた蒸気種毎の蒸気圧やMOX燃料熱伝導度を考慮するポア移動モデルの開発・整備を行った。本コードを用い、常陽でのMA含有MOX燃料の照射試験で観察された燃料組織変化のO/M依存性について2次元解析を行った。常陽での照射試験では、それぞれ異なるO/M比とペレット/被覆管ギャップ幅を有する4本の燃料ピンを照射した。これらのうちO/M=2.00のMA含有MOX燃料で顕著な燃料組織変化がPIEで観察され、この挙動は蒸気圧に及ぼすO/M比の影響を考慮することで評価することができた。また、ペレットが偏心した場合に中心空孔形成の偏りが発生することが考えられるが、PIEで観察された中心空孔の形成はペレット偏心方向と矛盾していることがペレット横断面の2次元解析で明らかとなった。

口頭

Study on development of additive-free dry granulation technology and evaluation of granulation characteristics

石井 克典; 瀬川 智臣; 川口 浩一; 仁科 匡弘; 牧野 崇義; 名取 ゆり*

no journal, , 

原子力機構は簡素化MOXペレット製造法の開発を実施している。本プロセスでは、水をバインダに用いた攪拌造粒法によりMOX粉末の流動性の改良を行っている。高速攪拌造粒法は、湿式臨界管理が適用されるため製造能力が低いという課題がある。核融合炉のトリチウム増殖Li$$_{2}$$Oブランケット球のための新しい造粒法として、シンプルな添加剤フリーの乾式造粒法が最近提案されている。本研究では、この新しい造粒手法のMOX粉末への適用性を検討するための試験結果について報告する。

口頭

Research on the improvement of particle size adjustment technology of dry recovered powder and the sintered density control

瀬川 智臣; 川口 浩一; 石井 克典; 山本 和也; 牧野 崇義; 磯 秀敏; 深澤 智典*; 福井 国博*

no journal, , 

原子力機構では、核燃料物質の有効利用のため、規格外MOX燃料ペレットの再利用を目的とした乾式回収粉の粒度調整技術の開発を進めている。MOX原料粉末に対する乾式回収粉の添加量や粒度を調整することにより、ポアフォーマを添加せず、MOXペレットの密度を約85%T.D.に制御することが可能である。また、乾式回収粉について、250$$mu$$m以下で粒度調整することが求められていることから、粗粉砕により調製した粒度約500$$mu$$mの模擬粉末(CeO$$_{2}$$)を用いて、衝突板式気流粉砕機(粉砕機)の運転パラメータが粉砕特性や焼結性に及ぼす粉砕粉の影響を評価した。粉砕機の遠心分級機のクリアランスを狭めることにより、250$$mu$$m以下の範囲で粒度調整が可能となることを確認した。粉砕機の運転パラメータを調整することにより、約250$$mu$$m以下で粉砕粉の粒度を細かく制御できるため、MOX乾式回収粉においても粒度調整が可能と期待される。さらに、粉砕機により得られた粉砕粉30wt%を原料粉に添加し、成型, 焼結を行った結果、約85.0%T.D.のペレットが得られた。これにより、本粉砕機は粒度調整や焼結密度制御に有望な手法と期待される。

口頭

Compatibility of Fe-Cr-Al alloys with liquid bismuth

古川 智弘; 高井 俊秀; 渡辺 茂樹*; 石岡 典子*

no journal, , 

近年、われわれはがん治療用アスタチン211の連続製造を可能にする液体ビスマス標的システムの開発研究を開始した。Fe-Cr-Al合金は、このシステムの候補標的窓の一つである。本研究では、液体ビスマス中における候補標的窓の耐食性を明らかにすることを目的に、複数のFe-Cr-Al合金およびその比較対象材料について高温でのビスマス中腐食試験を実施した。ビスマス中腐食試験は、アルゴンガス流雰囲気下で、つまり熱力学的には飽和溶存酸素濃度条件で実施し、試験温度と浸漬時間はそれぞれ500$$^{circ}$$C、500時間である。浸漬後の各種材料の分析の結果、液体ビスマス中での腐食挙動は、ADSや高速炉の候補冷却材である鉛ビスマス共晶合金中での挙動と同様に評価できることがわかった。

口頭

Development of mechanistic fuel property model and irradiation behavior analysis code for mixed oxide fuel

生澤 佳久; 小澤 隆之; 加藤 正人

no journal, , 

酸化物燃料は最も使用されているタイプの燃料であり、実用化されている酸化物燃料はUO$$_{2}$$燃料,MOX燃料がある。またMOX燃料は、Pu含有率約15wt%以下の低Pu含有MOX燃料は軽水炉で使用され、20wt%を超える高Pu含有MOX燃料は高速炉で使用される。MOX燃料はPu含有率により物性が変化する。また、軽水炉と高速炉では使用環境の違いから、MOX燃料の照射挙動は大きく異なる。このような背景から、低Pu含有MOX燃料と高Pu含有MOX燃料の物性研究、照射挙動の研究、照射挙動解析コードの開発は別々に行われてきた。一方、我々は様々なMOX燃料サンプルの物性を測定してきており、これら測定結果に基づき機構論的燃料物性モデルの開発を行っている。この機構論的燃料物性モデルは、MOX燃料物性を決定づける因子をパラメータとし、あらゆる仕様のMOX燃料の物性を評価することが出来るモデルを目指している。この機構論的物性モデルに基づき整備開発された照射挙動解析コードは、燃料タイプによらない汎用性のあるコードとなる可能性がある。本研究では、汎用性のある照射挙動解析コードの開発のファーストステップとして、機構論的燃料物性モデルを採用した照射挙動解析コードの燃料温度解析機能について、高速炉実験炉常陽、ハルデン炉で照射されたMOX燃料の試験データに基づき確認を行った。酸化物燃料の照射中の燃料温度は、様々な照射挙動に影響を与える。そのため、照射中の燃料温度を正確に予測することが、酸化物燃料の照射挙動の正確な予測のための第一歩である。ハルデン炉で照射された低Pu含有MOX燃料と、高速実験炉常陽で照射された高Pu含有MOX燃料を対象に、燃料中心温度を確認した。その検証の結果、機構論的燃料物性モデルを採用することで低Pu含有率から高Pu含有率MOX燃料の照射中の燃料温度を評価できることを確認した。

口頭

Thermal conductivity measurement of high Am bearing mixed oxide fuel

横山 佳祐; 渡部 雅; 加藤 正人; 所 大志郎*

no journal, , 

高レベル放射性廃棄物の減容化の一環として、マイナーアクチニドを含んだ酸化物燃料が高速炉における選択の一つである。しかし、マイナーアクチニドの一つであるAmを含んだ酸化物燃料の熱伝導率は3%Am含有までしか報告されていない。本研究では、Am含有の影響を明らかにすることを目的に、さらに高いAmを含有した酸化物燃料の熱伝導率を調査した。Amが約10%含有したペレットを用意し、O/M=2.00の条件でレーザーフラッシュ法により熱拡散率を測定した。試料の熱拡散率,比熱容量,密度より熱伝導率を求め、Am含有MOXの熱伝導率のAm含有率依存性及び温度依存性について評価した。評価の結果、Amの含有により熱伝導率が低下することが明らかとなった。10%Amを含有した酸化物燃料は過去に報告されている低Am含有の酸化物燃料の結果から予測される挙動と同様の挙動を示していることを明らかとした。

口頭

Viscosity measurements of molten stainless-steel containing boron-carbide

西 剛史*; 太田 弘道*; 小久保 宏紀*; 佐藤 理花*; 山野 秀将

no journal, , 

本研究では、溶融SS(SUS316L)合金の粘度(2.5mass%B$$_{4}$$C-SS,5.0mass%B$$_{4}$$C-SS,7.0mass%B$$_{4}$$C-SS,10mass%B$$_{4}$$C-SS)をるつぼ回転振動法により、それぞれ1613-1793K, 1713-1793K, 1793-1823Kの温度範囲で粘度を測定した。その結果、粘度は0-7.0mass%の範囲でB$$_{4}$$C成分の増加につれて増加した。溶融B$$_{4}$$C-SS合金の粘度評価式は、1713-1793Kの温度範囲の2.5mass%, 5.0mass%, 7.0mass%の溶融B$$_{4}$$C-SS合金の実験データから、以下とした。y=Ax+B, A=0.0302, B=-9.881$$times$$10$$^{-4}$$T+2.546。ただし、xはB$$_{4}$$C成分、Tは温度である。本評価式の不確かさは2.5%である。

口頭

Effect of boron carbide addition on liquidus temperature and thermophysical properties of austenitic stainless steel in a liquid state

福山 博之*; 東 英生*; 山野 秀将

no journal, , 

SFRを含む原子力発電プラントにおけるシビアアクシデント状態での炉心溶融メカニズムに対するコンピュータシミュレーションコードの開発には、316Lステンレス鋼(SS)と制御棒材料(B$$_{4}$$C)の溶融混合物の熱物理特性が必要となる。このため、われわれはまずSS-B$$_{4}$$C混合物の液相温度を示差走査熱量測定法(DSC)を用いてB$$_{4}$$Cの10mass%まで測定した。このデータを元に、溶融SS-B$$_{4}$$C混合物の熱物性を、電磁浮遊装置,超電導磁石,レーザー加熱系,高速度カメラ,データロギングシステム、及びガス系から構成される超高温熱物性計測システムを用いて計測した。溶融混合物の高精度な密度,表面張力,垂直分光放射率,比熱容量、及び熱伝導率を、様々な温度分布にわたり非接触で計測した。本論文は、プロジェクトにおいて最近更新された液相温度及び熱物性を提供する。

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