模擬燃焼燃料を用いた高燃焼度燃料の熱物性及び機械的物質に関する基礎的研究(II) -先行基礎工学分野に関する平成11年度報告書(中間報告)-

山中 伸介*; 宇埜 正美*; 黒崎 健*; 山本 一也; 滑川 卓志

JNC TY9400 2000-011, 41 Pages, 2000/03

JNC-TY9400-2000-011.pdf:1.28MB

高燃焼度時における高速炉用MOX燃料の熱物性および機械的性質を評価するための基礎的研究を実施し、以下の結果を得た。高燃焼度時に高速炉用MOX燃料中に生成する核分裂生成物(Fission Product;FP)からなるFP析出相として、FPとアクチニド元素との複合酸化物相を取り上げその基礎物性測定を実施した。酸化物相のうちペロブスカイト型BaUO3の熱伝導率はUO2に比べ約一桁小さい値となり、燃料ペレット全体の熱伝導率を減少させる可能性があることを確認した。またBaUO3の弾性定数はUO2の弾性定数の約30%程度であることが判った。このことから燃焼が進み酸化物相が燃料母材中に析出した場合、特に偏析した場合は、燃料ペレット全体としての応力状態が不均一になり機械的特性が低下する可能性があることが判った。また、燃料母材中に固溶する元素が燃料の物性に及ぼす影響を調査するために分子動力学法(Molecular Dynamics;MD)を用いた物性予測を実施した。計算結果と昨年度実施した実験結果との間で妥当な一致が見られ、分子動力学法がMOX燃料の物性を評価する上で重要なツールと成り得ることが確認できた。

Present status of PIEs in the department of hot laboratories

古平 恒夫; 助川 友英; 天野 英俊; 金井塚 文雄; 園部 清美

JAERI-Conf 99-009, p.20 - 31, 1999/09

https://jopss.jaea.go.jp/pdfdata/JAERI-Conf-99-009.pdf

ホット試験室には、ホットラボ施設(RHL)、燃料試験施設(RFEF)、廃棄物安全試験施設(WASTEF)の3つのホットセル施設があり、RHLでは、研究炉・試験炉で照射された燃料・材料の照射後試験、RFEFでは、おもにPWR,BWR,ATRの発電炉燃料集合体の照射後試験、WASTEFでは、高レベル廃棄物の処理処分にかかわる安全性試験を行っている。本セミナーでは、おもにこれら3施設における照射後試験の現状及び、技術開発に係わるトピックスとして軽水炉燃料・材料に対する物性・機械的特性の測定に関する概要について報告する。

点熱源法による緩衝材の熱物性値測定法の開発

熊田 俊明*

PNC TJ1600 97-004, 40 Pages, 1997/02

PNC-TJ1600-97-004.pdf:0.76MB

本研究の目的は、高レベル放射性核廃棄物の地層処分に緩衝材として利用されるベントナイトの熱物性値を測定する簡便な方法の開発である。従来、この種の物質の熱伝導率の測定には線熱源法が利用されてきたが、試料が大きくなることや、温度変化を測定する熱電対で一定の起電力を得るため高い温度上昇が必要であり、かつ測定に長い時間を要する。このため含有水分の再分配などの難点があった。本研究では、線熱源をサーミスタ粒子の電気抵抗の温度変化を利用し、これを熱源と温度センサーとして用いて、発熱と同時に温度を測定して、試料の熱物性値を決定する。測定装置は、点熱源として球状の微小サーミスタ、電源として電池および電圧測定系から構成される。一方、解析ではセンサーを中央に挿入した試料部の熱伝導モデルを作成し、熱伝導の線形微分方程式を差分化してこれを数値解析した。試料の寸法はアクリル製容器(内容積、20mm20mm)によって決まる。サーミスター粒子は試料中央部に埋め、これに約0.1Wの発熱を与えて温度上昇測定した。熱物性値の決定は、数値計算による温度変化が測定値に合うように、計算に用いる熱伝導率を求める方法により行った。この測定法では、数秒の測定時間で数度の温度上昇により熱伝導率を決定できる。また、センサーの温度上昇が小さいことにより、サーミスターの電気抵抗の温度係数の変化や湿分の再分配の影響を避けることができる。線熱源法と比較した利点は、試料にセンサーを挿入した状態で、水分含有率を変えることができることである。

高温ガス炉用燃料コンパクトの熱伝導率およびギャップコンダクタンスの測定

菊池 輝男; 岩本 多實; 井川 勝市; 石本 清

JAERI-M 84-236, 51 Pages, 1985/01

JAERI-M-84-236.pdf:1.84MB

高温ガス炉用燃料コンパクトの熱伝導率及びコンパクトースリーブ間のギャップコンダクタンスを、700~1500Kの範囲において、中心加熱法により測定した。熱伝導率は、燃料コンパクトの破覆粒子充填率をO、22、30及び35%と変えて測定し、ギャップコンダクタンスは、ギャップ内の充填ガス及びギャップ間隔を変えて調べた。熱伝導率は温度の上昇及び粒子充填率の増加とともに減少し、ギャップコンダクタンスは温度とともに増加し、ギャップ間隔の拡大とともに減少した。さらに、ギャップコンダクタンスは、充填ガスの熱伝導率に支配されることがわかった。

Thermomechanical properties of nylon-6,6 annealed in glycerol

三友 宏志*; 栗山 将

Polymer, 23, p.1377 - 1380, 1982/00

https://doi.org/10.1016/0032-3861(82)90282-8

Nylon6,6の高温グリセリン中での熱処理に伴なう構造変化と熱物性(主としてTMAやTSA測定)との関連を明らかにした。

Thermal properties and defect chemistry in nonstoichiometric (U,Pu)O

加藤 正人

no journal, , 

Urania-plutonia solid solution is chemically stable compound in both region of hyper- and hypo-stoichiometry, which has been developed as fuels of sodium-cooled fast reactors. In this work, oxygen potential data of (U,Pu)O were evaluated based on defect chemistry. And relationship with other thermal properties was described with using the point defect evaluation result. Brouwer diagram of UO, PuO and (U,Pu)O were illustrated from the oxygen potential data. Relational equations to describe O/M ratio and defect concentrations were derived from Brouwer diagram. Relationship between oxygen potential and other thermal properties was evaluated.

MA核変換用窒化物燃料の製造と物性に関する研究紹介

高木 聖也; 高野 公秀

no journal, , 

マイナーアクチノイド(MA)核変換用燃料として、ZrNやTiN母材で希釈した窒化物燃料が研究されている。MA核変換用窒化物燃料では2040mol%のMA窒化物を母相材料に固溶あるいは混合させ、MAの核変換処理を行うことを想定している。そのため、燃料の安全裕度の評価の上で重要な熱伝導率の組成依存性や温度依存性が、少量のMAを用いたホット試験により研究されてきた。本研究では、希土類元素であるDyをMAの模擬物質としたDyZrN窒化物の熱伝導率と電気伝導率を、xをパラメーターとして測定することで、MA含有窒化物の熱伝導機構を物理的に解釈することを目的としている。また、燃料の安全性挙動評価の一環として、被覆管候補材料とDyZrN (x=0, 0.3)の高温反応試験に関する研究について紹介し、平成28年度から採択された文部科学省の受託研究内容の説明も行う。

Thermal properties of fluorite-type metal dioxides; CeO, ThO, UO, NpO, PuO and AmO

加藤 正人

no journal, , 

Actinide dioxide having a fluorite structure is one of prospective candidates as a fuel of advanced reactors. Thermal property of nuclear fuels is essential data to evaluate fuel performance. Therefore, great efforts to measure properties and understand their mechanism have been made so far. It is well-known that thermal properties of actinide oxides changes significantly depending on temperature, and their mechanisms is complicated. Author's research group has studied on thermal properties of CeO, UO, PuO and their solid solution. In this work, basic properties of various fluorite-type dioxides were summarized, and temperature dependence of thermal properties were evaluated.

高温領域の(U,Pu)Oのエンタルピー測定と比熱評価

森本 恭一; 小笠原 誠洋*

no journal, , 

MOXの比熱は熱伝導率の評価や原子炉の過渡事象及び過酷事故の評価において重要となる熱物性値の一つである。本試験ではPuOとUOの影響が同程度に現れると考えられるPu含有率が約50%のMOX試料を用いて、エンタルピーの測定と比熱の評価を行った。試料はUとPu濃度をそれぞれ約50%に調整した硝酸溶液をマイクロ波脱硝で転換した粉末を用い、これを焼結してO/Mを2.00に調整したものである。この試料についてドロップカロリーメータを用いて2000K以上の高温領域でエンタルピー測定を実施した。また、試料とタングステン製容器の反応を抑制するために測定ではレニウム製内容器を使用した。エンタルピーは温度に対し1900K辺りまでは一定の割合で上昇し、これ以上ではその上昇割合が大きくなった。これは比熱が1900K以上では上昇することを示す。

Enthalpy measurement and evaluation of heat capacity on PuO

森本 恭一; 小笠原 誠洋*

no journal, , 

MOXの比熱は熱伝導率の評価や原子炉の過渡事象及び過酷事故の評価において重要となる熱物性値の一つである。MOXの比熱はNeumann-Kopp則よりUOとPuOの比熱の組成平均から評価されるケースが多いが、PuOの比熱の測定データは少なく、特に高温領域の比熱の温度依存性については現在も議論されている。本試験ではPuOのエンタルピーの測定と比熱の評価を行った。試料はPuO粉末を焼結してO/Mを2.00に調整したものである。この試料についてドロップカロリーメータを用いて9802160Kの範囲でエンタルピー測定を実施した。また、試料とタングステン製容器の反応を抑制するために測定ではレニウム製内容器を使用した。エンタルピーは温度に対し1900K辺りまでは一定の割合で上昇し、これ以上ではその上昇割合が大きくなった。これは比熱が1900K以上では上昇することを示す。