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論文

Structure, stability, and actinide leaching of simulated nuclear fuel debris synthesized from UO $_{2}$ , Zr, and stainless-steel

桐島陽*; 秋山大輔*; 熊谷友多; 日下良二; 中田正美; 渡邉雅之; 佐々木隆之*; 佐藤修彰*

Journal of Nuclear Materials, 567, p.153842_1 - 153842_15, 2022/08

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2022.153842

被引用回数：5 パーセンタイル：76.47(Materials Science, Multidisciplinary)

福島第一原子力発電所事故では、UO $_{2}$ やZr,ステンレス鋼(SUS)の高温反応により燃料デブリが形成されたとみられる。この燃料デブリの化学構造や安定性を理解するため、UO $_{2}$ -Zr-SUS系模擬デブリ試料の合成と物性評価を行い、より単純な組成の試料と比較した。模擬デブリ試料の合成では、不活性雰囲気(Ar)もしくは酸化雰囲気(Ar + 2% O $_{2}$ )において1600 $^{circ}$ Cで1時間から12時間の加熱処理を行った。 $^{237}$ Npおよび $^{241}$ Amをトレーサーとして添加し、浸漬試験ではUに加えてこれらの核種の溶出を測定した。試料の物性評価は、XRD, SEM-EDX,ラマン分光法およびメスバウアー分光法により行った。その結果、模擬デブリの主なU含有相は、加熱処理時の雰囲気に依らず、Zr(IV)およびFe(II)が固溶したUO $_{2}$ 相であることが分かった。模擬デブリ試料の純水もしくは海水への浸漬試験では、1年以上の浸漬の後も主な固相の結晶構造には変化が観測されず、化学的に安定であることが示された。さらに、U, Np, Amの溶出率はいずれも0.08%以下と、溶出は極めて限定的であることが明らかとなった。

報告書

合金相を含む燃料デブリの安定性評価のための基盤研究(委託研究); 令和2年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業

廃炉環境国際共同研究センター; 東北大学*

JAEA-Review 2022-009, 73 Pages, 2022/06

JAEA-Review-2022-009.pdf:2.08MB

日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和2年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所(以下、「福島第一原発」という)の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、研究課題のうち、平成30年度に採択された「合金相を含む燃料デブリの安定性評価のための基盤研究」の平成30年度から令和3年度の研究成果について取りまとめたものである(令和3年度まで契約延長)。本課題は令和3年度が最終年度となるため4年度分の成果を取りまとめた。本研究は、福島第一原発炉内にて、SUS配管や圧力容器等の構造材と溶融した燃料や被覆管成分が高温で反応して形成された合金相を含む燃料デブリに着目し、UO $_{2}$ -SUS系やUO $_{2}$ -Zr(ZrO $_{2}$ )-SUS系の模擬デブリを高温熱処理により合成し、化学的特性や水中への溶出挙動を測定するとともに、模擬デブリの酸化物相および合金相の経年変化を分光学的に分析する研究・開発を行う。

報告書

合金相を含む燃料デブリの安定性評価のための基盤研究(委託研究); 令和元年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業

廃炉環境国際共同研究センター; 東北大学*

JAEA-Review 2020-032, 97 Pages, 2021/01

JAEA-Review-2020-032.pdf:4.16MB

日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和元年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、研究課題のうち、平成30年度に採択された「合金相を含む燃料デブリの安定性評価のための基盤研究」の令和元年度の研究成果について取りまとめたものである。本研究は、福島第一原発炉内にて、SUS配管や圧力容器等の構造材と溶融した燃料や被覆管成分が高温で反応して形成された合金相を含む燃料デブリに着目し、UO $_{2}$ -SUS系やUO $_{2}$ -Zr(ZrO $_{2}$ )-SUS系の模擬デブリを高温熱処理により合成し、化学的特性や水中への溶出挙動を測定するとともに、模擬デブリの酸化物相および合金相の経年変化を分光学的に分析する研究・開発を行う。

報告書

合金相を含む燃料デブリの安定性評価のための基盤研究(委託研究); 平成30年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業

廃炉国際共同研究センター; 東北大学*

JAEA-Review 2019-035, 61 Pages, 2020/03

JAEA-Review-2019-035.pdf:2.9MB

日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉国際共同研究センター(CLADS)では、平成30年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、研究課題のうち、平成30年度「合金相を含む燃料デブリの安定性評価のための基盤研究」について取りまとめたものである。本研究は、福島第一原子力発電所炉内にて、SUS配管や圧力容器等の構造材と溶融した燃料や被覆管成分が高温で反応して形成された合金相を含む燃料デブリに着目し、UO $_{2}$ -SUS系やUO $_{2}$ -Zr(ZrO $_{2}$ )-SUS系の模擬デブリを高温熱処理により合成し、化学的特性や水中への溶出挙動を測定するとともに、模擬デブリの酸化物相および合金相の経年変化を分光学的に分析する研究・開発を行う。

論文

Crystal chemistry of NpNi $_{5}$ compound

赤堀光雄; R.G.Haire*; J.K.Gibson*; 岡本芳浩; 小川徹

Journal of Alloys and Compounds, 257, p.268 - 272, 1997/00

https://doi.org/10.1016/S0925-8388(97)00031-5

被引用回数：2 パーセンタイル：29.44(Chemistry, Physical)

NpNi $_{5}$ 化合物の結晶学的性質を粉末X線回折により調べた。NpNi $_{5}$ はTh-およびPu-Ni $_{5}$ 金属間化合物と同じCaCu $_{5}$ 型の六方晶構造(D2d)を持ち、その格子定数はa=0.4859およびc=0.3991nmであることを明らかにした。NpNi $_{5}$ 化合物中のNpの原子価が約4であることを、格子定数から推定するとともに、他のアクチナイドおよびランタニド-N $_{5}$ 化合物についても考察を加えた。

論文

An X-ray diffraction study of the Np-Ni system

赤堀光雄; R.G.Haire*; J.K.Gibson*; 岡本芳浩; 小川徹

Journal of Nuclear Materials, 247, p.240 - 243, 1997/00

https://doi.org/10.1016/S0022-3115(97)00073-1

被引用回数：2 パーセンタイル：23.01(Materials Science, Multidisciplinary)

Np-Ni合金をアーク溶解法によって作成し、X線回折によって調べた。過去に報告のあるNpNi $_{2}$ の他、NpNi $_{5}$ ,Np $_{2}$ Ni $_{17}$ の2つの金属間化合物の存在を確認した。NpNi $_{5}$ はP6/mmm、Np $_{2}$ Ni $_{17}$ はP6 $_{3}$ /mmm空間群に属する。六方晶であった。これらのことから、Np-Ni系はUNi系よりも、むしろPu-Ni系に良く似ていると言える。

論文

Alloying behavior in selected neptunium binary systems; The Role of 5f-bonding

J.K.Gibson*; R.G.Haire*; M.M.Gensini*; 小川徹

Journal of Alloys and Compounds, 213-214, p.106 - 110, 1994/00

https://doi.org/10.1016/0925-8388(94)90888-5

被引用回数：12 パーセンタイル：66.74(Chemistry, Physical)

Npと他のアクチナイド、あるいは遷移金属との幾つかの二元系について、X線回折、DTA分析によって相関係を調べた。これらの結果に基づき、5f結合の役割について議論する。Np-Zr系では、Npの5f電子の有効性が失われる結果、単純な正則容体モデルでは予測できない正の相互作用項が存在する。

論文

Neptunium-iron phase diagram

J.K.Gibson*; R.G.Haire*; E.C.Beahm*; M.M.Gensini*; 前多厚; 小川徹

Journal of Nuclear Materials, 211, p.215 - 222, 1994/00

https://doi.org/10.1016/0022-3115(94)90349-2

被引用回数：9 パーセンタイル：63.31(Materials Science, Multidisciplinary)

Np-Fe合金系の相関係を示差熱分析法によって明らかにした。状態図を実験結果、正則溶体モデル計算、並びにU-Fe,Pu-Fe状態図との比較に基づいて作成した。Np-Fe系状態図は、二つの金属間化合物NpFe $_{2}$ 及びNp $_{6}$ Feと、二つの共晶反応とによって特徴づけられる。