ウランとアンモニアの反応による高窒素含有量のウラン窒化物生成の熱力学的研究

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03680194
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 桂 正弘 大阪大学, 工学部, 助教授 (60029113)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山中 伸介 大阪大学, 工学部, 助手 (00166753) ; 孫 鳳根 大阪大学, 工学部, 助手 (00029076)
• Keywords: U_2N_<3+x> / アンモニア / 角部屋 平衡 / 窒素 / 水素 / 分圧 / 気流 / 窒素活量

Research Abstract

NH_3を気流として用いると、高温においても、そのH_2とN_2への平衡解離が抑制される。NH_3の平衡分圧より高いNH_3分圧と平衡分圧より小さい水素分圧、窒素分圧が得られる。これらの気流は熱力学的に不安定である。NH_3気流とウランが反応してU_2N_<3+x>が生成する反応NH_3=N(in U_2N_<3+x>)+(3/2)H_2の反応式に基づいて、熱力学的解析、統的熱力学的解析を行い、NH_3気流の窒素活量(AN)が次式で与えられることを〓〓した。AN=(1/1<p)・(PN^<H3>/PH_2^<3/2>)(Kp:平衡〓〓)。
以上の理論的考察の妥当性を確めるため、400〜800℃(100℃間隔)で、U+NH_3(流速100ml/min)とU+N_2(1気圧)の反応を行い、それぞれの反応で生成したU_2N_<3+x>のN/Uをきめた。同一温度で比較すれば、つねに前者の反応で生成したU_2N_<3+x>のN/Uが後者の反応で生成したU_2N_<3+x>のN/Uより大きいことが分かった。これはNH_3気流の窒素活量が1気圧のN_2の窒素活量(AN=1)より大きいことを実験的に確めたことになる。また、実験中のガス分析及び理論式からANを評価するとNH_3気流のそれは10^3のオ-ダである。このことは、NH_3気流を用いれば高窒素含有量のU_2N_<3+x>が得られること、また、このようなU_2N_<3+x>をN_2との反応で得ようとすれば、非常に高圧のN_2を用いなければならないということを示唆している。また、600℃で、ウランとNH_3気流、NH_3/H_2混合気流、NH_3/N_2混合気流,N_2気流の反之を行い生成したU_2N_<3+x>のN/Uを求めた結果も、理論的考産を支持することが確められている。

Research Products

• [Publications] M.Katsura: "Thermodynamics of NitcosenーRich Uranium Sesquinitride Furmatim" Techuslogy Repurts of the Osaka University. 41. 287-295 (1991)
• [Publications] M.Katsura: "A thermodynamic analysis of nitrogenーrich uranium sesquinitrid furmolim by the reation of uranium with ammunia" Solid State Ionico. 49. 225-231 (1991)