Zircaloy-4の高温酸化挙動に及ぼす固体ホウ酸の影響

小宮山 大輔; 天谷 政樹

JAEA-Research 2016-013, 20 Pages, 2016/08

JAEA-Research-2016-013.pdf:6.05MB

PWRの冷却材喪失事故(LOCA)において、流路の閉塞等により燃料棒の冷却が十分に行われない場合、燃料被覆管表面に冷却材中のホウ酸が析出する可能性が考えられる。通常運転温度域では、実機での実績からホウ酸水はZircaloy-4の酸化挙動に影響を及ぼさないと考えられるが、LOCAを想定した高温域におけるホウ酸とZircaloy-4との反応に係る知見は十分に得られていない。本研究では、固体ホウ酸を載せたZircaloy-4の板材を900Cまでの温度及び複数の雰囲気で酸化させることにより、固体ホウ酸の高温時挙動、ホウ酸とZircaloy-4との反応の有無、及びホウ酸がZircaloy-4の酸化挙動に及ぼす影響を調べた。実験結果から、高温酸化雰囲気においてZircaloy-4表面に固体ホウ酸の脱水により生成する無水ホウ酸が存在すると、この無水ホウ酸がZircaloy-4と雰囲気との接触を断つことでZircaloy-4の酸化を抑制することが示唆された。また、酸化膜付きZircaloy-4の表面に固体ホウ酸が付着し高温まで加熱された場合は、形成している酸化膜の空隙に無水ホウ酸が浸透することでその後の酸化を抑制することがうかがえた。

Decomposition behavior of PCDD/F isomers in incinerator gases under electron-beam irradiation

廣田 耕一; 小嶋 拓治

Bulletin of the Chemical Society of Japan, 78(9), p.1685 - 1690, 2005/09

https://doi.org/10.1246/bcsj.78.1685

ごみ燃焼排ガス中ダイオキシンとフランの電子ビーム分解挙動について各異性体別に調べた。その結果、ダイオキシンではすべての異性体について高い分解率が得られ、それは照射によって生成するOHラジカルによる酸化反応であることがわかった。これに対して、フランは熱電子付着による脱塩素反応により、1, 2, 8, 9-, 2, 3, 7, 8-, 3, 4, 6, 7-TeCDFsなど化学構造に対称性のある異性体が生成していることがわかった。

Effect of pre-hydriding on thermal shock resistance of Zircaloy-4 cladding under simulated loss-of-coolant accident conditions

永瀬 文久; 更田 豊志

Journal of Nuclear Science and Technology, 41(7), p.723 - 730, 2004/07

https://doi.org/10.3327/jnst.41.723

冷却材喪失事故(LOCA)条件を模擬した実験を行い、酸化したジルカロイ-4被覆管の耐熱衝撃性に及ぼす水素吸収の影響を評価した。試験には人工的に水素を添加した被覆管(400600ppm)と水素を添加しない被覆管を用いた。急冷時の被覆管破断は主として酸化量に依存することから、破断しきい値を「等価被覆酸化量(ECR)」に関して評価した。被覆管を軸方向に拘束しない条件では、破断しきい値は56%ECRであり、水素添加の影響は見られなかった。急冷時に被覆管を拘束することにより破断しきい値は低下し、水素を添加した被覆管でより顕著であった。完全拘束条件下での破断しきい値は、水素を添加しない被覆管で20%ECR、添加した被覆管で10%ECRであった。本試験の結果は、LOCA条件下で高燃焼度燃料棒の破断しきい値が低下する可能性を示している。

Effect of air-oxidation on the thermal diffusivity of the nuclear grade 2-dimensional carbon fiber reinforced carbon/carbon composite

曽我部 敏明; 石原 正博; 馬場 信一; 橘 幸男; 山地 雅俊*; 伊与久 達夫; 星屋 泰二*

Materials Science Research International, 9(3), p.235 - 241, 2003/09

2D-C/C複合材料は、次期の高温ガス炉(HTGRs)の炉心材料として有力な候補材の一つである。2D-C/C複合材料の空気酸化が、熱拡散率に及ぼす影響について検討した。熱拡散率は、室温から1673Kまで測定した。本2D-C/C複合材料は、PAN系の炭素繊維の二次元クロスと黒鉛マトリックスからなる。熱拡散率測定用の試験片は、この材料を823Kの大気中で1から11パーセントの間で重量減少させて製作した。酸化消耗は、マトリックス部分とりわけ炭素繊維束に近い部分から優先的に起こった。11パーセントまでの酸化消耗による室温での熱拡散率の減少率は、クロスの積層方向に平行方向では1020パーセント、垂直方向では59パーセントであった。クロスの積層方向に平行方向では、酸化消耗が進むにしたがって熱拡散率が減少する傾向を示したが、垂直方向では酸化の初期に熱拡散率が低下しその後あまり変化しない傾向を示した。この違いについては、複合材料の構造と酸化挙動から検討した。熱伝導率も得られた熱拡散率の値から求めた。

Real time observation of initial thermal oxidation using O gas on Si(0 0 1) surface by means of synchrotron radiation Si-2p photoemission spectroscopy

吉越 章隆; 盛谷 浩右; 寺岡 有殿

Applied Surface Science, 216(1-4), p.388 - 394, 2003/06

https://doi.org/10.1016/S0169-4332(03)00451-3

OガスによるSi(0 0 1)表面の熱酸化は、MOSFETトランジスターのゲート酸化膜形成に主要な反応系の一つであり、近年のULSIの微細化により、ますます原子・分子レベルでの反応制御が求められている。反応初期過程の理解は、必要不可欠である。今回、われわれは、SPring-8の原研専用軟X線ビームライン(BL23SU)に設置した表面反応分析装置において、熱酸化過程のリアルタイム放射光Si2p光電子分光観察を行い反応初期における酸素分子の解離吸着過程(シリコンと酸素の化学結合状態)を調べた。放射光光電子分光法を用いたこれまでの研究は、固定されたエネルギーの光電子のみを観察しているため、ケミカルシフトを利用した化学結合状態に関する情報は十分とは言えなかった。今回、高分解能かつ高輝度という表面反応分析装置の特徴を最大に利用して上記の情報を得ることができた。表面反応の基礎的理解は、ナノテクノロジーの進展に貢献すると期待できる。

Electron-beam decomposition of carbon tetrachloride in air/nitrogen

廣田 耕一; 新井 英彦; 橋本 昭司

Bulletin of the Chemical Society of Japan, 73(12), p.2719 - 2724, 2000/12

https://doi.org/10.1246/bcsj.73.2719

空気及び窒素雰囲気中で、電子線による四塩化炭素の分解率を水分有り無しの場合について調べた。その結果、四塩化炭素10ppmで水分無しの場合、両雰囲気ともに分解率はおよそ90%であった。ところが水分有りの場合、窒素雰囲気では分解率にあまり変化が見られなかったのに対し、空気雰囲気ではその値は70%となった。これには酸素が関与していることがわかった。すなわち、窒素雰囲気ではおもにeにより四塩化炭素が酸化分解を起こすが、空気雰囲気ではeは酸素分子とも反応し、Oとなる。しかし、このOも四塩化炭素を酸化分解するため、見かけ上水なしの場合では、両雰囲気ともに分解率に大きな差は見られなかった。これに対し、水有りの場合Oは水分子と反応しクラスターイオン(O(HO))を形成し、Oによる四塩化炭素の酸化分解を阻害するため、空気雰囲気で水分有りの場合、四塩化炭素の分解率が低下したことがわかった。

Treatment of ion-exchange resins by fluidized bed incinerator equipped with copper oxide catalyst; Fundamental studies

木下 弘毅*; 平田 勝; 矢幡 胤昭

Journal of Nuclear Science and Technology, 28(3), p.228 - 238, 1991/03

https://doi.org/10.3327/jnst.28.228

示差熱天秤を用いてイオン交換樹脂の熱分解挙動を調べた。樹脂の熱分解は三段階に分かれて進行する。即ち、第1段階は含有水分の蒸発、第2段階は交換基の分解、第3段階は樹脂基体の熱焼による。次に、酸化銅触媒をフリーボードに設置した流動層を用いて樹脂の燃焼条件を調べた。樹脂は約750Cに加熱した流動層内で燃焼し、排ガス中の未燃焼物は約650Cに加熱した酸化銅触媒との接触反応で燃焼させた。この実験から酸化銅触媒はイオン交換樹脂の焼却に適していることを確かめた。イオン交換樹脂を焼却する際に発生するSOxをCa(OH)添加で固定を試みた。この方法はSOx固定に有効であるが、過剰のCa(OH)の一部は触媒に吸着し、更にパイプラインに堆積し、ガスの流れに影響を及ぼした。従ってイオン交換樹脂から発生するSOxの固定については改良法が必要である。

転水炉冷却材喪失事故再冠水時の熱衝撃に対するジルカロイ被覆管の耐破壊特性

上塚 寛; 古田 照夫; 川崎 了

JAERI-M 83-070, 49 Pages, 1983/05

JAERI-M-83-070.pdf:1.89MB

軽水炉の冷却材喪失事故再冠水時の熱衝撃に対するジルカロイ被覆管の耐破壊特性を調べるために、再冠水時の燃料挙動を検討すると共に、模擬燃料棒を用いて燃料棒破裂一酸化-急冷実験を行なった。非拘束条件下の急冷による被覆管の破壊・非破壊限界酸化条件は、等温酸化温度1050~1330Cに対して、等価被覆酸化量(ECR)換算で35~38%であった。このECR値はChung等が決定した値とほぼ一致している。一方、拘束条件下の急冷による限界条件は、酸化温度930~1310Cに対して、19~24%ECRであった。この値は安全評価指針における基準値(15%ECR)より十分大きい。また、拘束条件下の急冷による被覆管の破壊に関しては、酸素だけではなく、被覆中に吸収された水素も支配的な役割を果たすことがわかった。被覆に吸収された水素は-ZrHxとして析出していた。

電線絶縁材料の低線量率における放射線酸化劣化

瀬口 忠男; 荒川 和夫

EIM-81-91, p.11 - 20, 1981/00

原子炉用電線ケーブルの劣化を評価する試験方法を開発するために、絶縁用高分子材料の放射線酸化劣化を種々の条件で行ない比較検討した。酸素加圧下で510rad/h,110rad/hの条件で照射した場合と空気中で510rad/hで照射した場合の劣化は実用配合の材料に対して等価であった。熱と放射線の複合劣化については線量率が510rad/hで、90Cおよび120Cの同時劣化を行ない、酸素加圧下照射後熱劣化した逐次劣化と比較した。熱劣化は放射線酸化の影響を著しく受けることを明らかにし、照射線量の効果を定量化した。この結果をもとに熱と放射線の相乗効果を示す式を導き、同時法劣化における材料の寿命を推定する関係式を導いた。これらの式から求められた劣化と実験で得られた値が一致することが示された。

Thermal and radiation oxidations of benzene to phenol in aqueous solutions containing metal ions of at elevated temperatures, 1; The thermal behavior of iron sulfate and chloride in aqeous solutions without benzene

堀田 寛*; 鈴木 伸武*

Bulletin of the Chemical Society of Japan, 36(6), p.717 - 721, 1963/00

https://doi.org/10.1246/bcsj.36.717

抄録なし