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C studied by laser heatingPham, V. H.; 永江 勇二; 倉田 正輝; Bottomley, D.; 古本 健一郎*
Journal of Nuclear Materials, 529, p.151939_1 - 151939_8, 2020/02
被引用回数：12 パーセンタイル：88.42(Materials Science, Multidisciplinary)As expected for accident tolerant fuels, investigation of steam oxidation for silicon carbide under the conditions beyond design basis accident scenarios is needed. Many studies focused on steam oxidation of SiC at temperatures up 1600C have been conducted and reported in the literature. However, behavior of SiC in steam at temperatures above 1600C still remains unclear. To complete this task, we have designed and manufactured a laser heating facility for steam oxidation at extreme temperatures. With the facility, we report the first results on the steam oxidation behavior of SiC at temperatures range of 1400-1800C for short term exposure of 1-7 h under atmospheric pressure. Based on the mass change of SiC samples, parabolic oxidation rate and linear volatilization rate were calculated. The oxidation layer appears to be maintained at 1800C in steam, but the bubble formation phenomenon suggests other volatilization reactions may limit its life.
Pham, V. H.; 永江 勇二; 倉田 正輝; 古本 健一郎*; 佐藤 寿樹*; 石橋 良*; 山下 真一郎
Proceedings of International Nuclear Fuel Cycle Conference / Light Water Reactor Fuel Performance Conference (Global/Top Fuel 2019) (USB Flash Drive), p.670 - 674, 2019/09
Silicon carbide (SiC) has recently attracted much attention as a potential material for accident tolerant fuel cladding. To investigate the performance of SiC in severe accident conditions, study of steam oxidation at high temperatures is necessary. However, the study focusing on steam oxidation of SiC at temperatures above 1600C is still certainly limited due to lack of test facilities. With the extreme oxidation/corrosion environment in steam at high temperatures, current refractory materials such as alumina and zirconia would not survive during the tests. Application of laser heating technique could be a great solution for this problem. Using laser heating technique, we can localize the heat and focus them on the test sample only. In this study, we developed a laser heating facility to investigate high-temperature oxidation of SiC in steam at temperature range of 1400-1800C for 1-7 h. The oxidation kinetics is then being studied based on the weight gain and observation on cross-sectioned surface of tested sample using field emission scanning electron microscope. Off-gas measurement of hydrogen (H
) and carbon monoxide (CO) generated during the test is also being conducted via a sensor gas chromatography. Current results showed that the SiC sample experienced a mass loss process which obeyed paralinear laws. Parabolic oxidation rate constant and linear volatilization rate constant of the process were calculated from the mass change of the samples. The apparent activation energy of the parabolic oxidation process was calculated to be 85 kJ.mol
. The data of the study also indicated that the mass change of SiC under the investigated conditions reached to its steady stage where hydrogen generation became stable. Above 1800C, a unique bubble formation on sample surface was recorded.
福田 祐仁; 赤羽 温; 青山 誠; 井上 典洋*; 上田 英樹; 岸本 泰明; 山川 考一; Faenov, A. Y.*; Magunov, A. I.*; Pikuz, T. A.*; et al.
Laser and Particle Beams, 22(3), p.215 - 220, 2004/07
被引用回数：41 パーセンタイル：79.15(Physics, Applied)マイクロメートルサイズのArクラスターに高強度レーザー(レーザー強度=10
W/cm
,パルス幅=30fs)を照射することによって発生したプラズマからの高分解能X線スペクトルを測定した。発生したHe
(
=3.9491
のフォトン数は、2
10
photons/pulseであり、固体ターゲット照射時に匹敵するフォトン数であることが明らかになった。X線スペクトル測定と同時に、発生した高速多価イオンのエネルギー分布を測定した。発生した多価イオンの平均エネルギーは、約800keVであった。コントラスト比の高いレーザーパルスによって発生した高速電子はクラスターターゲットのisochoric heatingを可能にし、より高い価数のイオン生成、及び、He線強度の増大をもたらすことが明らかとなった。
功刀 資彰; 江里 幸一郎*; 清水 昭比古*
Proc. of 2nd Japan-Central Europe Joint Workshop on Modelling of Materials and Combustion, 0, p.205 - 208, 1996/00
核融合炉のプラズマディスラプション時には、プラズマ崩壊によって、瞬時に莫大なエネルギーがプラズマ対向壁(PFC)へ投下され、PFCは溶融・蒸発する。この損耗量の評価が機器寿命を決定する重要な因子の一つであることから、各種高エネルギービームを用いた模擬実験や解析が行われている。しかし、これら実験値と解析値は一致せず、その原因解明が急がれている。本研究では、この食い違いの原因とされている溶融蒸発過程の原子挙動(クラスター生成)や解析コードの境界条件(熱平衡性)の妥当性を検討することを目的とし、高エネルギー加熱源としてレーザー、ターゲット材としてPFC候補材のモリブデンを対象とした光モンテカルロ-分子動力学シミュレーションを実施した。その結果、緩やかな定常的な加熱時にはターゲット材料は単調な溶融蒸発挙動を示し、蒸発原子同士によるクラスター生成も見られるが、原子運動の統計量の検討から溶融蒸発界面での熱平衡性は達成されていることが示された。また、急速なパルス的強加熱時には衝撃波的な圧力波が材料中を音速で伝播し、熱平衡は達成されず、特に、材料表面では沸騰のようなボイドが発生することなどが示された。
西村 昭彦; 柴田 猛順
Journal of Nuclear Science and Technology, 32(9), p.905 - 911, 1995/09
被引用回数：2 パーセンタイル：28.19(Nuclear Science & Technology)原子法レーザー同位体分離(AVLIS)では、原子蒸気発生のために電子ビーム蒸発が使用されている。このプロセスの数値計算のために、直接シミュレーションモンテカルロ(DSMC)法を改良した。DSMC法に単純統計モデルを組込むことで、蒸発原子の並進運動と準安定準位間のエネルギー移動を表現した。Gdの5つの準安定準位を計算対象にした。計算結果とレーザー吸収分光法により求めた実験結果との比較により、準安定準位と並進運動間のエネルギー移動が生じるのは衝突ペアの全エネルギーがあるしきい値を超えた場合であることが判明した。本計算コードを改良発展させることで、原子法レーザー同位体分離の蒸発プロセス全体を把握できることが期待できる。
川上 智彦*; 阿部 雄太; Spaziani, F.*; 中野 菜都子*; 中桐 俊男
no journal, ,
本報では原子力機構で作製した、模擬燃料集合体加熱試験体溶融物をLIBSで計測し、元素の同定を行った。溶融物からは酸素を同定し金属元素と酸素比を算出した結果を報告する。
川上 智彦*; 阿部 雄太; Spaziani, F.*; 中野 菜都子*; 中桐 俊男
no journal, ,
原子力機構では福島第一事故時の事象推移解明に向けた非移行型プラズマ加熱を用いたBWRシビアアクシデント時に起こる炉心物質の下部プレナムへの移行挙動(CMR)に着目した試験を実施している。本報告では模擬試験体(平成27年度加熱試験体)をLIBSで計測し、元素の同定を行い、溶融物から酸素-金属元素比等の解析を実施した。
岡崎 航大*; 阿部 雄太; Spaziani, F.*; 中野 菜都子*; 川上 智彦*
no journal, ,
原子力機構ではBWRシビアアクシデント(SA)事故時に制御棒及び燃料ロッドが溶融落下した際に生ずる炉心物質の崩壊・溶融・移行挙動を調査するため、模擬燃料集合体のプラズマ加熱試験を実施している。本報は、元素情報や硬度情報の測定をLIBSで行うにあたり、作成したプラズマ加熱試験体を用いてLIBSによる評価手法の検討を行った。
倉田 正輝; Pham, V. H.; 永江 勇二
no journal, ,
Since the disaster at Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant, development of accident tolerant fuel to manage severe accidents has been proposed. As temperature of fuel rods could reach to temperatures above 2000C during the accident, investigation of oxidation behavior at such temperatures for fuel claddings must be conducted. Nevertheless, there is no test facility capable for operating at such conditions. In this study, we developed a laser heating facility for steam oxidation of cladding materials at extreme temperatures. Main features of the facility are controlled environment, in situ observation, extreme fast heating and cooling rate and off gas analysis. As the heat is focused on the test sample only, the facility can be operated at temperatures above 2000C. Preliminary tests have been conducted for monolithic SiC at 1400-1800C for 1-7 h under 0.96 atm steam partial pressure. Results of the investigation showed that SiC underwent a mass loss which obeyed paralinear laws. Based on the mass change data, parabolic oxidation rate and linear volatilization rate of the process were obtained. The apparent activation energy of the oxidation process was calculated to be 96 kJmol . Bubbling phenomenon was observed on SiC sample surface at 1800C.
Pham, V. H.; 永江 勇二; 倉田 正輝; 石橋 良*; 山下 真一郎
no journal, ,
In this study, oxidation of SiC under various flow rates of steam was investigated at 1400C using laser heating. Results of the investigation indicated that the mass evolution of SiC underwent a mass gain with 0.1 g/min of steam flow rate. Whereas, the mass evolution experienced a mass loss with 3 g/min of steam. Based on the data of mass change under the investigated conditions, the parabolic and linear rate constants were calculated and reported.
