Sputter etching of Si substrate to synthesize highly oriented -FeSi films

五十嵐 慎一; 勝俣 敏伸; 原口 雅晴; 斉藤 健; 山口 憲司; 山本 博之; 北條 喜一

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 28(4), p.1153 - 1156, 2003/12

われわれはイオンビームスパッタ蒸着法により、シリコン基板上に-FeSi薄膜の作製を行ってきた。薄膜の結晶構造は基板洗浄法に依存し、高配向の-FeSi薄膜の作製にはスパッタエッチングが適していることがわかってきた。われわれはスパッタエッチングの条件を変え、-FeSi薄膜の結晶構造の評価をX線回折法・反射高速電子線回折法により行い、エッチングにおける表面非晶質化が結晶構造に及ぼす影響を明らかにした。非晶質層は高配向膜の形成を妨げる。エッチング後の焼鈍による欠陥回復が、高配向-FeSi薄膜には不可欠であることを明らかにした。

JRR-3シリサイド燃料炉心近傍の遮蔽に関する安全解析

木名瀬 政美

JAERI-Tech 99-002, 50 Pages, 1999/01

JAERI-Tech-99-002.pdf:1.71MB

JRR-3Mでは、使用済燃料発生本数の低減等を図るために、現在のアルミナイド燃料に代わって、ウラン含有量が多いシリサイド燃料を使用する計画が進められている。この計画では、炉心近傍機器を含むその他の機器及び設備の変更は行わない。シリサイド燃料化に伴い、原子炉施設の安全性確認の観点から、通常運転時におけるJRR-3シリサイド燃料炉心近傍での線量当量率及び放射線分布の計算を実施した。本報告書は、その計算結果を述べるとともに、計算結果とJRR-3遮蔽設計基準線量率を比較することにより、シリサイド燃料炉心に対する炉心近傍の即設設備の遮蔽性能についても述べる。

JRR-3シリサイド燃料炉心の線量評価

木名瀬 政美; 橘 晴夫

JAERI-Tech 97-058, 101 Pages, 1997/11

JAERI-Tech-97-058.pdf:3.25MB

JRR-3は、約20%濃縮板状燃料を使用した軽水減速・冷却のスイミングプール型研究炉であり、熱出力は20MWである。JRR-3では、現在、シリサイド燃料炉心計画が進められており、燃料として現在のウランアルミニウム分散型燃料(アルミナイド燃料)に代わり、ウランシリコンアルミニウム分散型燃料(シリサイド燃料)を使用する予定である。本報告書では、JRR-3のシリサイド燃料炉心計画の一環として実施した周辺公衆の線量評価(安全設計評価及び立地評価)について述べたものである。評価に関しては、評価結果が厳しくなるように種々の評価条件を設定した。その結果、線量評価に関する安全性及び立地条件の適否を判断する基準を十分満足することを確認した。

JRR-3シリサイド燃料炉心の安全評価のためのTHYDE-Wコードによる冷却異常事象解析

神永 雅紀; 山本 和喜

JAERI-Tech 97-016, 120 Pages, 1997/03

JAERI-Tech-97-016.pdf:3.76MB

JRR-3は、低濃縮板状燃料を使用した軽水減速・冷却、ベリリウム及び重水反射体付プール型炉であり、熱出力は20MWである。JRR-3では、現在、シリサイド燃料化計画が進められており、燃料としては現在のウランアルミニウム(UAl-Al)分散型燃料(アルミナイド燃料)に代わり、ウランシリコンアルミニウム(USi-Al)分散型燃料(シリサイド燃料)を使用する予定である。本報告書は、JRR-3のシリサイド燃料化計画の一環として実施したJRR-3シリサイド燃料炉心の安全評価のための冷却異常事象の解析について述べたものである。評価すべき冷却異常事象として、運転時の異常な過渡変化及び事故の計6事象を選定し、THYDE-Wコードにより解析した。その結果、選定した冷却異常事象は、いずれも安全性を判断する基準を満足し、安全性を確保できることを確認した。

JRR-3シリサイド燃料炉心の安全評価のためのEUREKA-2コードによる反応度投入事象解析

神永 雅紀

JAERI-Tech 97-014, 125 Pages, 1997/03

JAERI-Tech-97-014.pdf:4.04MB

JRR-3は、低濃縮板状燃料を使用した軽水減速・冷却、ベリリウム及び重水反射体付プール型炉であり、熱出力は20MWである。JRR-3では、現在、シリサイド燃料化計画が進められており、燃料としては現在のウランアルミニウム(UAl-Al)分散型燃料(アルミナイド燃料)に代わり、ウランシリコンアルミニウム(USi-Al)分散型燃料(シリサイド燃料)を使用する予定である。本報告書は、JRR-3シリサイド燃料化計画の一環として実施したJRR-3シリサイド燃料炉心の安全評価のための反応度投入事象の解析について述べたものである。評価すべき反応度投入事象として、運転時の異常な過渡変化5事象を選定し、EUREKA-2コードにより解析した。その結果、選定した反応度投入事象は、いずれも安全性を判断する基準を満足し、安全性を確保できることを確認した。

Modeling and analysis of thermal-hydraulic response of uranium-aluminum reactor fuel plates under transient heatup conditions

S.Navarro-Valenti*; S.H.Kim*; V.Georgevich*; R.P.Taleyarkhan*; 更田 豊志; 曽山 和彦; 石島 清見; 古平 恒夫

NUREG/CP-0142 (Vol. 4), 0, p.2957 - 2976, 1996/00

米国オークリッジ研究所で設計・開発が進められている新型研究炉Advanced Neutron Source Reactorでは、アルミニウム被覆ウラン・シリサイド板状燃料が使用されるが、現在NSRRではこの燃料を模擬したミニプレート型試験燃料のパルス照射実験を実施している。そこで、NSRR実験条件(強サブクール、自然対流冷却条件)下における同燃料の熱水力挙動について、3次元コードHEATING-7を使用した解析を実施し、解析結果とパルス照射時に測定された被覆材表面温度の過渡記録との比較を通じて、熱伝達モデルの検証を行った。強サブクール条件下における過渡核沸騰熱伝達については、これまでに得られているデータが極めて限られているが、定常核沸騰の場合の3.4~5.4倍の熱伝達率を仮定することによって、解析結果と実験結果の極めて良い一致が得られた。

出力暴走条件下におけるアルミニウム被覆ウランシリサイド板状燃料の溶融及び機械的エネルギの発生

更田 豊志; 石島 清見; 藤城 俊夫; 曽山 和彦; 市川 博喜; 古平 恒夫

JAERI-Research 95-077, 28 Pages, 1995/10

JAERI-Research-95-077.pdf:2.49MB

燃料全体に及ぶ溶融、更には微粒子化に伴って機械的エネルギの発生に至る苛酷な出力暴走条件下で、アルミニウム被覆ウラン・シリサイド板状燃料のパルス照射実験を実施した。即発発熱量1.68kJ/g・USiで、発熱部に貫通口を生じ、下部に溶融物の塊を生ずるなど著しい変形が見られたが、この条件ではUSi燃料粒子は外周部にアルミニウム母材との反応相を形成するものの完全な溶融には至っておらず、即発発熱量が1.99kJ/g・USi以上に達すると完全に溶融し、凝固後広い範囲に亘って樹状晶を形成する。燃料の微粒子化及び機械的エネルギ発生しきい値は約3.4kJ/g・USiで、即発発熱量の上昇に伴って機械的エネルギ転換率は増大し、最大4.3%に達した。

Transient behavior of low enriched uranium silicide and aluminide miniplate fuel for research reactors

柳澤 和章; 藤城 俊夫

Journal of Nuclear Science and Technology, 32(9), p.889 - 897, 1995/09

https://doi.org/10.3327/jnst.32.889

本報は、研究炉用低濃縮(20wt%U)ウランシリサイド小型板状燃料を用いた過渡実験の結果について報告するものである。燃料板間の流路ギャップを2.38mmとした3枚燃料板集合体をNSRR炉心に装荷後、発熱量78cal/g・fuelまで同時にパルス照射した。本研究より得られた知見をとりまとめると以下のようになる。(1)燃料板間の冷却材横流れが起こらないようにした限定条件下において、燃料板に生じたピーク燃料板表面温度(PCST)は、中央の燃料板で475Cに到達し、両わきの2枚の燃料板に生じたそれら(173Cと192C)を比較して極端に高くなった。流路ギャップ位置における冷却材温度も140Cまで急速上昇し、流路ギャップ位置でない場所での冷却材温度(約50C)よりも高くなった。冷却条件の悪化、特に中央燃料板のそれにも係わらず、3枚のシリサイド小型燃料板には機械的破損が生じなかった。PCSTからのクエンチ速度が比較的ゆっくりであったことと、クエンチによる温度降下幅(T)が小さかったことにより、燃料板に貫通割れを起こすような局所応力が発生せず、このために破損を免れることができたと思われる。

Analytical and experimental investigation of the dispersion process during rapid transients for the aluminum-based nuclear fuel plates

V.Georgevich*; R.P.Taleyarkhan*; S.H.Kim*; 更田 豊志; 曽山 和彦; 石島 清見

ORNL/TM-12956, 0, 117 Pages, 1995/06

アルミニウムを被覆材及び燃料ミート部の母材として使用しているシリサイド燃料をはじめとするウラン・アルミニウム板状燃料の、出力暴走条件下における微粒子化について、燃料板の歪み速度並びにウラン/アルミニウム反応及びアルミニウム/水反応のモデル化を行い、機械的エネルギーの発生を伴う微粒子化に至る発熱量しきい値に関する解析を行うとともに、NSRR実験及びTREAT実験の結果との比較を通じて、解析モデルの検証を行った。解析結果は、歪み速度の急昇に伴って微粒子化の発生に至ること、並びに微粒子化の開始がアルミニウムの蒸発開始に一致することを示している。更に、ウラン/アルミニウム反応及びアルミニウム/水反応による発熱の寄与が微粒子化の発生に至る発熱量しきい値に著しい影響を与えることが明らかとなった。

Comparison of JRR-4 core neutronic performance between silicide fuel and TRIGA fuel

中野 佳洋; 市川 博喜; 中島 照夫

Proc. of the 16th Int. Meeting on Reduced Enrichment for Research and Test Reactors, 0, p.313 - 320, 1994/03

JRR-4の燃料濃縮度低減化計画に基き、炉心に低濃縮シリサイド燃料と、低濃縮トリガ燃料を装荷した場合について、両者の核特性解析、炉心性能比較を行った。シリサイド燃料では、ウラン密度を3.0,4.0,4.8g/cmと変化させて計算を行った。また、トリガ燃料では、ウラン量を、20,30,45%と変化させた。その結果、ウラン量が増加すると、炉心照射孔内の熱中性子束が低下すること、シリサイド燃料の方が高い熱中性子束を得られること、トリガ燃料の方が高い燃焼度が得られること等が分かった。また、JRR-4の低濃縮燃料として、シリサイド燃料の場合には3.8g/cm程度のウラン密度が、トリガ燃料の場合には40%程度のウラン量が適当であろうとの見通しを得た。