2018 Fiscal Year Annual Research Report

Restrain of the swelling of an oxide fuel by controlling the size of He gas bubble

Research Project

Project/Area Number	17H03524
Research Institution	Japan Atomic Energy Agency
Principal Investigator	芹澤弘幸国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門原子力科学研究所原子力基礎工学研究センター, 研究主幹 (90355008)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	熊田高之国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門原子力科学研究所物質科学研究センター, リーダー (00343939) 河裾厚男国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所先端機能材料研究部, 上席研究員(定常) (20354946) 矢板毅国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門原子力科学研究所物質科学研究センター, 研究主席 (40370481) 小林徹国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門原子力科学研究所物質科学研究センター, 研究職 (40552302) 有馬立身九州大学, 工学研究院, 助教 (60264090)
Project Period (FY)	2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords	原子力材料・核燃料 / スエリング
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、これまで評価することが困難とされてきた燃料中での希ガスの挙動を解明することを目的とし、プルサーマル燃料中でのHe挙動に着目した。再処理で得られたPuを使用して製造されたプルサーマル燃料は、長期間貯蔵されるとα崩壊に由来したHeが蓄積し、この蓄積したHeは照射開始時の昇温にともない、急激に凝集してガスバブルを形成してスエリングを誘発する。燃料のスエリングは、PCMIの原因となる重要な問題であることから、本研究期間では、実験的手法と計算科学的手法を組み合わせてHeガスバブルの成長過程を明らかにし、臨界核のサイズを求め、Heガスバブルが成長せずに放出される条件を見出すことによりスエリングを回避する方法の提案を目指した。本研究を進めるに当たっては、以下に記す３つのサブテーマを同時並行で進めた。各サブテーマの平成30年度末までの実績を以下に示す。［1］ Heガスバブル成長挙動の解明：陽電子ビームと環境TEMを併用し、CeO2薄膜中のナノ領域において、欠陥の集積によるボイドの発現及びガスバブルへの移行並びに成長過程を調査した。［2］臨界半径及び臨界核形成温度の特定：Heをイオン注入したCeO2薄膜を用いて、焼鈍温度をパラメータとしたHe析出試験を実施し、Heガスバブルのサイズ分布を、X線小角散乱によって調べた。得られたサイズ分布とその温度依存性から、ガスバブルの臨界半径及び臨界核形成温度を調査した。［3］スエリング抑制の確認：平成29年度に購入・整備したXe集光炉を用いて作成したCeO2単結晶に対し、SPring-8で単結晶中のCeのイオン価数を決定した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 平成30年7月に研究代表者が体調を崩したことにより、当初計画で平成30年度に予定していた、サブテーマ［1］と［3］におけるヘリウムイオン注入の実験を次年度に延期する必要が生じたため、「やや遅れている。」と判断する。
Strategy for Future Research Activity	研究代表者の体調が平成31年2月ごろに回復する見込みに基づき、研究計画を見直した結果、平成31年3月にヘリウムイオン注入の実験を実施し、当初計画で予定していた国際会議での講演を同年8月に西安で開催される国際会議に変更して実施することとする。