報告書番号

L11019

タイトル（和文）

軽水炉MOX燃料の核分裂生成ガス放出挙動の解明 -核分裂生成ガス放出挙動と微細組織変化の相関-

タイトル（英文）

Clarification of fission gas release behavior of LWR MOX fuels by means of Knudsen-cell measurements -Mutual interaction between FP gas release behavior and microstructure change -

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

MOX燃料のFPガス放出とPuスポットおよびUO2母相の組織変化の相関を明らかにする為に、商用軽水炉で44.5 GWd/tHMまで照射されたMOX燃料(Pu富化度:5.07 wt%, 機械混合法)のペレット外周部、中間部、中心部についてクヌッセンセルによる炉外再加熱試験と走査型電子顕微鏡（SEM)による微細組織観察を実施した。主な成果は、１）低温領域（ペレット外周部、中間部）のFPガス放出過程は①～1100K：UO2およびPuスポット開表面からの放出、②1100～1400K：UO2粒界およびPuスポット内粒界からの放出、③1400K～: Puスポット・UO2母相の再焼結に伴う熱拡散による粒内からの放出、と検証された。２）高温領域(ペレット中心部）のFPガス放出過程は①～1400K：粒界からの放出、②1400K～：粒内からの放出、と検証された。３）MOXのガス放出曲線は1400 KまではUO2の高燃焼度組織形成前後の間に位置し、1500 K以上では組織変化していないUO2と同様の放出曲線を示した。1500 Kでの急速なFPガス放出が観察されなかった事から、MOX燃料ではPuスポットからのガス放出をUO2母相が抑制するという推定が裏付けられた。またXeの顕著な放出は1500 K以上であり、通常運転時(<1300 K)に顕著なXeガス放出は発生しない事が示された。

概要 （英文）

In order to clarify the fission gas release mechanism of LWR MOX fuels, out-pile annealing tests by means of Knudsen cell systems with ICP-MS at hot cell in EC JRC Institute for Transuranium elements are treated. Moreover, for understanding the mutual interaction between the fission gas release behavior and microstructural change, scanning electron microscope and intermediate annealing tests are done. Three kinds of samples from the periphery, the intermediate and the central region of the same MOX fuel pellet were analyzed. Main results are as follows, 1) Fission gas release of outer region are classified as (a) ~ 1100 K: FP gas release from the open surface of UO2 matrix and Pu-spots, (b)1100 ~ 1400 K: FG release from the grain boundary of UO2 matrix and Pu-spots, and (c)1400 K~: FG diffuses from grain insides of UO2 matrix and Pu-spots by thermal diffusion, pass through the grain boundaries, and release to outside, 2) Fission gas release of centre region are clarified as (a)~ 1400 K: FG release from the grain boundary, and (b)1400 K~: FG diffuses from grain insides, and 3) FP gas release curve of MOX is located between the before and after formation of HBS up to 1400 K, and the curve shows a similar release of that of non-restructured UO2. Moreover, it becomes clear that significant Xe gas release should not occur during normal operation (< 1300 K) of LWR, because the significant Xe gas release is occurred over 1500 K.

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