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岩井 孝; 中島 邦久; 荒井 康夫; 鈴木 康文
IAEA-TECDOC-970, 0, p.137 - 153, 1997/10
高速炉用新型燃料として期待されるウラン-プルトニウム混合窒化物及び炭化物燃料をJMTR及びJRR-2で照射し、核分裂ガス放出を調べた。優れた熱的特性を活かしたコールドフューエル概念の採用により核分裂ガス放出を抑制できることが確認された。また、熱安定型ペレットの導入により核分裂ガス放出を5%FIMA燃焼度で2~3%に低減できた。その他、核分裂ガス放出の抑制にも拘らず、燃料と被覆管との機械的相互作用に有意の影響は認められなかった。実験データの解析から、核分裂ガス放出は開気孔率に強く依存することが示唆されている。
中江 延男
PNC TN1102 97-013, 45 Pages, 1997/07
FBR燃料の設計と照射実績について議論を始めるわけであるが、この議論は「核分裂エネルギー利用体系においてFBRは必要である」という命題が正しいとの前提に立つものである。ここでは、当然この命題が正しいことを前提にして議論を進めるが、正しいと考える論拠を多少述べてみたい。まず、核分裂エネルギー利用体系において、open cycle(ワンス・スルー)とclosed cycle(リサイクル)のどちらを選択すべきかについて検討してみる。検討のための前提条件として考えておくべき項目は、例えば、世界人口の増加や生活様式の変化にともなうエネルギー需要の増大とエネルギー安全保障の確保、化石燃料の大量使用による環境への負荷の増大、原子力システム自体の安全性などいろいろあるが、これらを逐一議論することは、この講義テキストの本来の主旨とは異なるのでやめることとする。そして、極めて勝手であるが(但し、良識ある多くの国民の支持を得るであろうと確信しているが)、次の点は正しいと仮定して検討することとしたい。すなわち、「ウラン資源は有限であるが、原子力の利用は必要であり、かつその需要は世界的に増大する」との仮定である。この場合、燃料の燃焼度(600GWd/t以上を達成)および使用済燃料の処分(信頼性の高い処分方法の確立)の技術的課題が解決されれば、システムとして単純なopen cycleを選択すべきである。しかし、この技術的課題を解決する方法が、当分の間は見い出せないであろうため、システムとして多少複雑となるが核燃料をリサイクルするclosed cycleを選択することとなる。closed cycleとした場合、Puの燃焼はもちろんのこと、Np、Am、Cmといったマイナーアクチニド(MA)も効率よく燃焼させることが、環境への負荷を低減する観点から重要である。核分裂エネルギー利用体系では、より多くの中性子が存在し、かつPuやMAがより効率よく燃焼することが必要である。このためには、吸収当りの中性子発生量が大きく、かつ核分裂断面積と捕獲断面積との比(
f/c)が大きいことが望まれる。FBRリサイクル路線を選択することにより、有限なウラン資源を効率よく利用することができ、かつ世界的な原子力エネルギー需要の増大に適切に対応することが可能となる。さらに、MAを効率よく燃焼させることも可能となり、環境へ
岩井 孝; 荒井 康夫; 中島 邦久; 木村 康彦; 助川 友英; 鈴木 康文
JAERI-Research 96-066, 26 Pages, 1996/12
JAERI-Research-96-066.pdf:1.91MB
照射中の組織の安定性とFPガス放出の抑制を目的として、気孔形成剤を用いて人工的に比較的大きな気孔を導入して製造した熱安定型炭化物燃料のX線微小分析結果をまとめた。JMTRで平均燃焼度約4.4%FIMAまで照射した熱安定型ウラン・プルトニウム混合炭化物燃料中のプルトニウムについて、三二炭化物の析出に伴う偏析が観察された。FP元素については、ネオジム、パラジウム、モリブデン及びセシウムの一部の偏析を示唆する結果を得た。
岩井 孝; 荒井 康夫; 中島 邦久; 木村 康彦; 助川 友英; 鈴木 康文
JAERI-Research 96-065, 47 Pages, 1996/12
JAERI-Research-96-065.pdf:4.1MB
高速炉用新型燃料であるウラン・プルトニウム混合炭化物燃料中のプルトニウム及び核分裂生成物の挙動をX線微小分析により調べた。試験には、JMTRにおいて4.5%FIMA及び3.7%FIMAまで照射した炭素含有量の異なる二種類の炭化物燃料ペレットを用いた。ほぼ化学量論組成をもつ燃料では、燃料と被覆材との化学的相互作用(FCCI)により生成したと考えられる数
m厚さ程度の反応層が確認された。一方三二炭化物を含む燃料ではFCCIの兆候は見られなかった。いずれの燃料においてもクラックの回復現象が観察されたが、照射中のスエリングと再焼結によるものと推定される。
荒井 康夫; 岩井 孝; 笹山 龍雄; 中島 邦久; 野村 勇; 吉田 武司; 鈴木 康文
JAERI-Research 94-027, 66 Pages, 1994/11
JAERI-Research-94-027.pdf:4.09MB
本報告書は、混合炭化物燃料ペレットを充填したHeボンド型燃料ピンを組み込んだ87F-2Aキャプセルの照射及び照射後試験結果についてまとめたものである。照射はJMTRにおいて平均線出力60kW/mの条件で行い、燃焼度は4.4%FIMAに達した。照射後の燃料ピンには有害な欠陥も無く健全であった。燃料ピンの断面写真からは、燃料ペレットと被覆管の間のギャップが閉塞されていることが確認された。熱安定型ペレットの採用に起因して、従来の燃料と比較して、極めて低い閉気孔率とFPガス放出率、緩やかな組織変化等が観測された。最大で~0.06mmの被覆管の外径増加が観測されたが、燃料ピンの照射健全性に影響するものではなかった。また、被覆管内面の浸炭現象もみとめられなかった。
岩井 孝; 荒井 康夫; 前多 厚; 笹山 龍雄; 関田 憲昭; 野村 勇; 鈴木 康文
JAERI-M 94-036, 81 Pages, 1994/03
炭素量の異なるウラン・プルトニウム混合炭化物燃料ペレットをそれぞれ充填した2本の燃料ピンを、JMTRを用いてキャプセル照射した。燃焼度は4.5%FIMAに達した。東海研燃料試験施設に搬入して照射後試験を実施した。本報告書は照射後試験の結果および考察をまとめたものである。照射後試験では、4.5%FIMAまでの照射健全性が実証された他、照射挙動として、燃料ペレットからのセシウムの移行、FPガス放出率、気孔分布の変化、被覆材の浸炭現象など、多くの知見を得ることができた。
小嶋 素志; 檜山 敏明; 上村 勝一郎; 山本 純太
PNC TN8420 93-011, 40 Pages, 1993/07
湿式法によるMOX顆粒製造を目的とし、文献調査を行ない、各顆粒製造法の実用性について評価した。現在、湿式法としてはゾル-ゲル法、ゲル化法(内部ゲル化法、外部ゲル化法)により顆粒製造が行なわれており、既に各々の方法によるウラン、トリウム及びMOX燃料製造が報告されている。乾式法と比較し、湿式法は粉末の飛散等が少なく、被曝の低減化に適しているばかりでなく、プロセスが単純なため連続自動化も容易である。従って顆粒製造の技術的な問題点はプロセスの自動化であり、実試験への適用を考え、この報告書ではプロセス及びハードに重点が置かれている。また生成した課粒を用いた燃料の成形法や応用できる化学的形態についてもまとめた。なお、湿式法においては廃棄物発生量が大きい事が欠点である。これはMOX燃料はもちろん、PNCの今後の課題であるTRU燃料に適用した際にも大きな課題となる。そこで今後のまとめで生ずるであろう問題点及び考えられる方策についても言及し、MOX及びTRU燃料製造に向けての足掛りとした。
森平 正之
PNC TN8420 92-011, 42 Pages, 1992/06
動燃事業団・日本原子力研究所の共同研究として平成6年度より「常陽」における炭・窒化物燃料の照射試験が予定されている。筆者は平成3年10月から翌年3月まで、この共同研究の一環として原研大洗研燃料研究棟で照射用燃料の製造に従事すると共に、炭・窒化物燃料の製造、取扱技術並びにこれらの燃料を取扱うための高純度アルゴン雰囲気グローブボックスについての技術調査を行った。本報告はこれらの調査結果をまとめたものである。
岩井 孝; 鈴木 康文; 前多 厚; 笹山 龍雄; 半田 宗男
日本原子力学会誌, 34(5), p.455 - 467, 1992/05
被引用回数：1 パーセンタイル：17.26(Nuclear Science & Technology)高速炉用新型燃料として注目されているウラン・プルトニウム混合炭化物燃料ピン4本をJRR-2を用いてキャプセル照射し、破損することなく燃焼度13GWd/tまでの健全性を確認した。42および64kw/mと比較的低い線出力であったにもかかわらず、気孔成長や結晶粒径変化が顕著に観察された。燃料ペレット密度や炭素含有量などの燃料特性の違いは組織再編、クラッキングおよびFPガス放出などの燃料挙動に少なからず影響を及ぼした。ガンマスペクトロメトリによると、セシウムがFPガスに似た挙動を示し一部がプレナム部に凝縮していることが明らかになった。316ステンレス鋼被覆管の内面にわずかな浸炭が認められた。
鈴木 康文; 前多 厚; 岩井 孝; 金澤 浩之; 三村 英明; 荒井 康夫
JAERI-M 91-192, 25 Pages, 1991/11
高速炉用新型燃料として期待されるウラン・プルトニウム混合炭化物燃料中のプルトニウムおよび核分裂生成物の燃料内挙動を主にX線微小分析によって調べた。試験対象には、JMTRで約3%FIMAまで照射した燃料を用いた。ウランおよびプルトニウムの他にキセノン、パラジウム、ジルコニウム、セリウム等の核分裂生成物が同定された。ミニ炭化物の析出に起因する微細なプルトニウムの偏析が見られたほか、燃料ペレット周辺部で燃焼に伴うプルトニウム濃度の低下が認められた。キセノンについては、燃料周辺部で生成したキセノンのほとんどが燃料内に拘束されているのに対して、中心部では有意量がプレナム部へ放出されていることを示す試験結果を得た。ネオジム等の多くの固体状核分裂生成物の分布については、燃料内の燃焼度分布に応じたプロフィルが観察された。
荒井 康夫; 鈴木 康文; 笹山 龍雄; 岩井 孝; 関田 憲昭; 大和田 功; 新見 素二; 大道 敏彦
JAERI-M 91-191, 93 Pages, 1991/11
化学量論組成の異なる混合炭化物燃料(U,Pu)C
及び(U,Pu)C
ペレットをそれぞれ充填した2本の燃料ピンを1体のキャプセル(84F-10A)に組み込み、JMTRにおいてピーク線出力59kw/mの条件で3.0%FIMAまで照射した。約4ヶ月間冷却したのち、照射キャプセルを東海研の燃料試験施設へ搬入して、計37項目の試験を実施した。燃料ピンの断面写真から、当初存在していた燃料ペレットと被覆管の間のギャップが閉塞されていることが確認された。ペレット中心部においては、製造時に存在していた微少な気孔が減少していたほか、周辺部に比較して結晶粒の成長がみとめられた。開気孔率の高い(U,Pu)C燃料ピンの方が、(U,Pu)C燃料ピンに比較して高いFPガス放出率を示した。被覆管内面近傍で浸炭現象がみとめられたが燃料ピンの照射健全性に影響するものではなかった。
岩井 孝; 笹山 龍雄; 前多 厚*; 相沢 作衛; 川崎 公靖; 相沢 雅夫; 半田 宗男
JAERI-M 89-186, 101 Pages, 1989/11
化学量論組成の異なるウラン・プルトニウム混合炭化物燃料、(U,Pu)C及び(U,Pu)Cを充填した2本の太径燃料ピン(外径9.4mm、長さ170mm)を1体のキャプセルに組み込んでJRR-2で、線出力640W/cmで1.5at%燃焼度まで照射した。東海研燃料試験施設で実施した照射後試験では、低密度(83~84%T.D.)の燃料ペレットを用い、低燃焼度であったため、燃料ピンの寸法変化は観察されなかった。FPガス放出率は2本の燃料ピンとも約9%であり、ペレットの開気孔率と関連していた。燃料ペレット中の気孔の数が中心部では大幅に減少した。被覆材の内面腐食は、(U,Pu)C燃料ピンで観察され、燃料の炭素ポテンシャルに依存していた。
線スキャニングにより、Csの一部が燃料ペレットから温度の低いプレナム部へ移行していることが確認される。
荒井 康夫; 岩井 孝; 前多 厚*; 笹山 龍雄; 塩沢 憲一; 大道 敏彦; 鈴木 康文; 井上 明彦; 福島 奨; 半田 宗男
JAERI-M 89-060, 15 Pages, 1989/05
高速炉用新型燃料の健全性評価の一環として、JMTRを用いたキャプセル照射を行う目的で、ウラン・プルトニウム混合炭化物燃料ピン計5本を製作した。燃料被覆管には外径9.4mmの太径のSUS-316相当ステンレス鋼製を用いるとともに、燃料ペレットには81~86%理論密度の低密度ペレットを採用し、燃料ピン内部空間には1気圧のヘリウムガスを充填した。燃料ペレットについてはその特性を十分把握するとともに、燃料ピンについても気密試験、X線透過試験、溶接部の金相試験、表面汚染度検査等を実施して、その健全性を確認した。
荒井 康夫; 岩井 孝; 大道 敏彦
Journal of Nuclear Materials, 151, p.63 - 71, 1987/00
被引用回数：10 パーセンタイル：70.05(Materials Science, Multidisciplinary)ウラン炭化物燃料中の固体FPの化学形態を多相化学平衡プログラムSOLGASMIX-PVを用いた計算により予測した。固体FPは照射下の燃料中において、燃料母材中に固溶する、ウランを含む三元系化合物やFP自身の炭化物を形成する、金属相として析出する、などにそれぞれ分配される。FPの化学形態は、装荷する燃料の化学組成及び燃焼の進行に従い変化することが確かめられた。ここで得られた計算結果は、高燃焼度模擬の実験や照射後試験のデータと比較的良い一致を示した。ウラン炭化物燃料において、固体FPの蓄積に起因するスウェリングを、燃焼度1%あたり0.6%体積であると評価した。
荒井 康夫; 岩井 孝; 前多 厚; 笹山 龍雄; 塩沢 憲一; 井上 明彦; 鈴木 康文*; 福島 奨; 大道 敏彦; 半田 宗男
JAERI-M 86-094, 25 Pages, 1986/07
高速炉用新型燃料の健全性評価の一環として、高出力照射試験用のウラン、プルトニウム混合炭化物燃料ピンを製作した。燃料としては化学量論的組織及び超化学量論的組織の太径の低密度混合炭化物ペレットを用いた。また被覆管には米国エネルギ-省より入手した316相当のステンレス鋼を採用した。燃料ペレット、燃料ピンに関して行なった各種試験の結果から、製品は製作仕様に充分合致している事が確認された。
,UMoC
,URuC and URhC荒井 康夫; 大道 敏彦; 福島 奨; 半田 宗男
Journal of Nuclear Materials, 132, p.284 - 287, 1985/00
被引用回数：3 パーセンタイル：72.27(Materials Science, Multidisciplinary)三元系化合物UMoC,UMoC,URuCおよびURhCの熱伝導度を、750~1500Kで測定した熱拡散率から求めた。UC,Mo,Ru,Rhおよび黒鉛の粉末混合,焼結により試料を調製し、X線回折,化学分析等によりその特性を明らかにした。測定試料は各々の単相に近い化合物であり、密度は85~95%TDであった。熱伝導度の値は、いずれの化合物とも、測定温度範囲内で温度とともに上昇した。この点から、これらの化合物の熱伝導では電子伝導が大きく寄与することを推定した。1200Kにおける熱伝導度はUMoCおよびUMoCでは約14W/m・k,URuCおよびURhCでは18W/m・kであった。とりあげた三元系化合物の熱伝導度はUCに比べて低いため、照射中に炭化物燃料の熱伝導度は三元系化合物の析出により低下することが予想される。ここではその割合が小さく、1200Kで約2%にすぎないことを評価した。
半田 宗男; 鈴木 康文
日本原子力学会誌, 26(1), p.2 - 7, 1984/00
被引用回数：0 パーセンタイル：0.02(Nuclear Science & Technology)ウラン・プルトニウム(U・Pu)混合炭化物燃料は,混合酸化物に比べて熱伝導度が3~7倍大きく,また核分裂性物質密度が30%高いなど,LMFBR(Liquid Metal Cooled Fast Breeder Reactor)用燃料として優れた特性を有しており,新型燃料として世界各国で開発が進められている。本稿では,はじめに炭化物燃料および同燃料を装荷したLMFBRの特性および経済性について述べ,続いて,同燃料とステンレス鋼被覆材の化学的相互作用(Fuel and Cladding Chemical Interaction,FCCI)および機械的相互作用(Fuel and Cladding Mechanical Interaction,FCMI)などについて,米国の新型燃料開発プログラムで得られた成果を中心に海外の開発現状を紹介する。最後に,日本原子力研究所大洗研究所に設置された燃料研究棟における炭化物燃料の開発現状の概要について述べる。
半田 宗男; 高橋 一郎; 渡辺 斉
JAERI-M 7924, 24 Pages, 1978/10
高速炉用炭化物系燃料の高温挙動を解析するために大洗研究所燃料研究棟に整備されたプルトニウム燃料の汎用高温実験装置の設計、製作ならびに性能試験について報告する。本装置は、十分に制御されたガス雰囲気中で燃料の高温熱処理(最高温度2400
C)を行うことができるほか、ヘリウムガスによる急冷も可能である。さらに燃料の照射を行うに必須のデータである蒸発性不純物ガスの分析ラインも組込まれている。本装置の製作にあたり、新機構のガスラインフィルタなどの新しいプルトニウムの包蔵技術が多数開発された。性能試験はこれらプルトニウムの包蔵技術に関するデータを中心にのべた。
半田 宗男
JAERI-M 7374, 55 Pages, 1977/11
ANLの2000MW(e)およびCombustion Engineering Inc.の1000MW(e)no炭化物系燃料LMFBRの設計指針燃料ピン直径など種々な設計パラメータが倍増時間に与える影響について、従来断片的に発表されたものをまとめて解説した。また、現在の酸化物燃料LMFBRの増殖比および倍増時間を改善する要素についてのべた。さらに、西独および米国を中心に共同開発が進められているヘリウムガス冷却高速増殖炉(GCFR)の増殖潜在力および開発計画について簡単に紹介した。最後に燃料サイクルを考慮に入れた「倍増時間の定義」について説明した。
半田 宗男
JAERI-M 6851, 59 Pages, 1976/12
各国の炭化物系燃料LMFBRの開発戦略について纏めた。またそのような戦略をとるに至った最近の照射試験データの解析結果について記述した他、炉外試験データについてもトピック的に取り上げ議論した。各国の酸化物燃料LMFBRの開発現状についても付記した。
