報告書番号

L09010

タイトル（和文）

高速炉用金属燃料における被覆管内面侵食の評価 －希土類元素とFe-Cr合金との反応実験－

タイトル（英文）

Investigation on Fuel-Cladding Chemical Interaction in Metal Fuel for FBR - Reaction of Rare Earth Elements with Fe-Cr Alloy -

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

高速炉用燃料の実用化候補の一つである金属燃料では、照射中のスエリングにより膨張したU-Pu-Zr合金と被覆管が接触し、被覆管に侵食が発生する（FCCI:Fuel-Cladding Chemical Interaction）。侵食によって形成される反応層は脆い物質であり、被覆管の減肉として扱われる。FCCIは金属燃料の寿命を制限する要因のひとつであり、温度、温度勾配、時間、被覆管組成、燃料内のFP挙動などの影響因子を考慮した精度の高い合理的な評価が望まれる。本研究では、FCCIで形成されるFe-Cr側の侵食層の構造を明らかにすると共に、侵食量の時間依存性と温度依存性を明らかにすることを目的とし、模擬材を用いた拡散試験を行った。被覆管の模擬材にはFe-12wt%Crを使用し、希土類FPの模擬材には13La-24Ce-12Pr-39Nd-12Smの希土類合金（RE）を用いた。これらを接合させた拡散対を923K、853K、773K、693Kで一定時間保持した。形成された侵食層を電子線プローブマイクロアナライザ（EPMA）で分析した。浸食量は時間の平方根に比例して増大することが確認された。また、よく似た構造の層が形成される773K以上の場合においてK=（浸食量の2乗)/(時間）で表される反応速度定数Kの自然対数は温度の逆数と比例関係にあることが確認された。

概要 （英文）

Rare-earth fission product (FP) elements generated in the metal fuel interact with cladding alloy and result in the wastage of the cladding (Fuel-Cladding Chemical Interaction (FCCI)). To evaluate FCCI quantitatively, several influential factors must be considered. They are temperature, temperature gradient, time, composition of the cladding and the behavior of rare-earth FP. In this research, the temperature and time dependencies are investigated with tests in the simplified system. Fe-12wt%Cr was used as stimulant material of cladding and rare-earth alloy 13La -24Ce -12Pr -39Nd -12Sm (RE) as a rare-earth FP. A diffusion couple Fe-Cr/RE was made and annealed at 923K,853K,773K or 693K. The structures of reaction layers were analyzed with Electron Probe Micro Analyzer (EPMA) and the details of the structures were clarified. The width of the reaction layer in the Fe-Cr alloy grew in proportion to the square root of time. The reaction rate constants K = (square of the width of reaction layer / time) were evaluated. It was confirmed that the relation between K and the inverse of the temperature showed a linearity above 773 K.

報告者

キーワード