Search and qualification of uranium alloys with high hydrogen storage capacity

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K06955
• Research Institution: University of Fukui
• Principal Investigator: 山本 琢也 福井大学, 附属国際原子力工学研究所, 客員教授 (50212296)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 有田 裕二 福井大学, 附属国際原子力工学研究所, 教授 (50262879) ; 鬼塚 貴志 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, その他部局等, 研究員(移行) (90422336) [Withdrawn] ; 土屋 文 名城大学, 理工学部, 教授 (90302215)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: ウラン化合物 / 水素吸収放出特性 / 第一原理計算

Outline of Annual Research Achievements

良好な水素化特性を示すウラン金属間化合物開発の基礎となるウラン金属間化合物水素化データベースの構築を行った。これまでに行った実験や計算の結果と共に、文献情報データベースから、ウラン金属間化合物とその水素化物について、化学組成、結晶構造（結晶系、格子定数、原子位置）、水素吸収容量（組成比）、水素化条件（温度、圧力など）の特性を収集した。構築された総合的データベースには、TiNiSi型、ZnNiAl型、Mo2FeB2型の結晶構造の化合物を中心に、２１種類のウラン化合物の水素化特性データ３４件が集約された。これらの比較検討を行った結果、やはりZrNiAl型のUNiZnとUNiAlが高い水素吸収能を有する化合物として有望であることが示された。これらの化合物は、いずれも化合物中の水素濃度（H/U組成比）が２を境に、金属間化合物本来のZrNiAl型からより対称性の高いAlB2型構造に変化することにより、水素を取り込むことのできる四面体型の格子間サイトが増加して、より多くの水素を安定に保持することが可能になる。この安定構造におけるウランー水素原子間距離は、水素量が少ないときは、元のZrNiAl中で、その後水素が増加するその遷移領域では大きくばらつくものの多量の水素を保持したAlB2構造に至る時点で、いずれもUNiZnで0.24nm、UNiAlで0.235nm程度の一定値をとる。これらはデータベース全体の平均値0.232±0.013nmとウラン二元水素化物UH3中の0.232nmともよく一致した。他の元素の水素化物に比べて著しく大きいU-H結合距離が確保できる結晶構造であることが、水素化能の高いウラン化合物の重要な要素の１つと考えられる。