報告書番号

L10015

タイトル（和文）

被覆管の微細組織観察と腐食・水素吸収への影響因子の検討 －その１ 3次元アトムプローブを用いた未照射ジルカロイ-2中の元素分布測定－

タイトル（英文）

Microstructure observations and invenstigation of oxidation and hydrogen absorption mechanism of nuclear fuel cladding materials

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

BWR燃料被覆管の腐食・水素化のメカニズム解明の第一段階として、局所電極型3次元アトムプローブ（LEAP）装置を用い、Si濃度の異なる未照射被覆管材２種類（標準ジルカロイ2および低Siジルカロイ-2）の合金成分 (Zr, Fe, Ni, Cr, Sn)および微量のSiの原子レベルでの元素分布を解明した。主な成果は以下の通り。

（１）測定を実施した２種類のジルカロイ-2において、Zr-FeNi系析出物の組成がZr:Fe:Ni; 4:1:1、Zr-FeCr系析出物の組成がZr:Fe:Cr; 1:1:1となり、析出物中のFe, NiおよびFe, Cr比が殆ど1:1である事が明らかになった。またこれらの析出物が各々Zr2(Fe, Ni)およびZr(Fe, Cr)2である事を確認した。母相ではSnが1.1at%の割合で均一に固溶し、Fe, Ni, Crは測定限界以下であった。この傾向は低Siジルカロイ-2でも同様であった。

（２）Si濃度の異なるジルカロイ2被覆管の未照射材２種類についてLEAP測定を実施した。Zr-FeNi系の金属析出物の組成がZr:Fe:Ni; 4:1:1およびZr-FeCr系の金属析出物の組成がZr:Fe:Cr; 1:1:1であり、これまで報告されているZr2(Fe, Ni)およびZr(Fe, Cr)2とそれぞれ一致し、本測定の妥当性を確認した。

（３）標準ジルカロイ-2および低Siジルカロイ-2の双方において、Siは母相中では測定限界以下でありZr-FeNi系析出物中に偏在していた。またZr-FeCr系析出物中にも微量のSiが観察された。析出物中におけるSi分布は不均一であり、特に標準ジルカロイ-2では局所的にSi濃度(12 at%)の高いZr-FeNi系析出物も観察された。Si濃度の高い析出物においてZrの組成比は変わらず、Siは主にNi, Feと置換して析出物中に存在する事が推定された。

概要 （英文）

In order to understand the oxidation and hydrogen absorption mechanism of nuclear fuel cladding material, atomic scale observation techniques of metal precipitates and low concentration impurity, Si, is indispensable. 3D atom probe method is one of the best methods to clarify the atomic profiles in materials. For applying 3DAP method to the observation of zirconium alloy, probe thinning by means of FIB and adoption of pulse laser system to 3DAP are applied. Distribution of Si in Low Si Zircaloy-2 and Normal Zircaloy-2 are observed, and Si has mainly existed in Zr-FeNi type precipitates whose concentration is around 2.2 at% in case of Low Si Zircaloy-2 (average Si concentration is 0.015 at%), and around 2.4 ~ 12 at% in case of Normal Zircaloy-2 (average concentration is 0.03 at%). In case of Zr-FeCr type precipitates, much smaller amount of Si than that of Zr-FeNi type precipitates also exists in the precipitates. Because the ratio of Zr : (Fe+Ni+Si) keeps around 1:2 in the high Si concentrated Zr-FeNi precipitates, it can be proposed that Si will exist on behalf of Fe and Ni.

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