報告書番号

Q05014

タイトル（和文）

ジルコニア中の水素の安定状態の第一原理電子状態計算

タイトル（英文）

Electronic Structure Calculations of Hydrogen Stability in ZrO2

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

軽水炉燃料被覆管では、高燃焼度化に伴うジルカロイ中の水素の吸収と水素化物の形成、およびそれに起因する被覆管の脆化が問題となっている。被覆管外表面にはジルカロイと水との反応による酸化膜（ジルコニア）が形成され、低燃焼度域ではこのジルコニアが水素のジルカロイへの侵入を阻んでいるが、高燃焼度化によりジルコニア被膜を水素が透過するようになり、被覆管への水素の吸収がはじまる。この水素透過の理由の一つとして、高燃焼度化に伴うジルコニアの特性変化に起因する可能性が考えられるが、これまでに十分な研究がなされていない。本報告ではジルコニア中の水素の挙動について第一原理分子動力学方による計算機シミュレーションを実施し、ジルコニア単結晶中での水素の安定性及びジルコニア中に原子空孔が生じた際の水素の安定性について調べた。

概要 （英文）

Zircaloy has been widely used for fuel clad materials but has some problems about hydrogen absorption, hydride formation and the hydrogen embrittlement after high burn-up. Zirconia which has been formed at the clad surface may stop the hydrogen insertion into the clad inside, but after high burn-up, the hydrogen becomes to pass this zirconia coat. This change of zirconia physical properties has not been studied yet. First principles electronic structure calculations are presented for the defect formation energy on the hydrogen insertions to investigate the hydrogen behavior in the zirconia. The VASP code based on the density functional theory is used to the calculations. We have found that the hydrogen can insert into Zr vacancy and make a bond to the nearest oxygen to be stabilized.

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