低酸素ポテンシャル核燃料の製造と反応試験に関する研究

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07558181
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 藤野 威男 東北大学, 素材工学研究所, 教授 (20229024)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山田 耕太 東北大学, 素材工学研究所, 助手 (30261473) ; 佐藤 修彰 東北大学, 素材工学研究所, 助教授 (70154078)
• Keywords: 核燃料 / 酵素ポテンシャル / 高燃焼度 / 固溶体 / ユウロピウム / ニオブ / 不定比性

Research Abstract

軽水炉に使用する次世代燃料に関して、EPガス放出の低減とともに酸素ポテンシャル(p (O_2) )上昇を抑えるために、従来のUO_2に低原子価金属Mを加えて燃料をM_yU_<1-y>O_<2+x>固溶体とすることにより、UO_2とは異なりxの負値に幅広い不定比領域をもち、この領域内でp (O_2)を低い値に保つことができ、高燃焼度までの使用が可能となるような核燃料の製造に関する研究を行った。本年度はMg_yNb_zU_<1-y-z>O_<2+x>およびMg_yEu_zU_<1-y-z>O_<2+x>固溶体の固溶度や不純物相およびp (O_2)について調べた。Mg_yNb_zU_<1-y-z>O_<2+x>について、p (O_2) =10^<-13>およびp (O_2) <10^<-19>atmではNbは酸化物(NbO_2)または複合酸化物(Mg_2NbO_6)として析出し、UO_2へはほとんど固溶しないことが分かり、これらの酸素分圧ではNbの添加による熱力学的な性質の向上は難しいと考えられた。また、p (O_2) <10^<-19>atmでは未知の相が生成することが分かり、この相がこれまでに報告のない六方晶系の新酸化物であることが判明した。Eu_zU_<1-z>O_<2+x>固溶体のp (O_2)を測定すると、p (O_2)の急変位置がxの負値の領域にシフトすることが分かった。これは+2価をとる金属が固溶した場合に見られる現象であり、Euが一部+2価をとっているものと考えらた。さらにMg_yEu_zU_<1-y-z>O_<2+x>の場合にはMg添加量の増加によりこの急変位置はハイポ側へ大きくシフトした。シフト量は1200℃ではMg濃度にほぼ比例することが分かった。

Research Products

• [Publications] T. Fujino, N. Sato and R. Fukuda: "Change of Thermodynamic Properties of UO2 Fuel Doped with Magnesium and other Metals" Proc. 1997 Int. Topical Meeting on Light Water Reactor Fuel Performance, Portland, Mar. 2-6, 1997. 565-575 (1997)
• [Publications] T. Fujino, N. Sato and K. Yamada: "Characteristic Thermodynamic Properties of MyU1-y02+x (M=M4+, M4+-3+, M3+ and M2+ : x≧o) solid Solutions and the Phase Behavior of Mg solid Solution in Low Oxygen Pressures" J. Nuclear Materials. (in press). (1997)