被覆管健全性評価の高度化に向けたジルコニウム水素化物の組織および特性評価

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26420871
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 牟田 浩明 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60362670)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 燃料被覆管 / ジルコニウム水素化物 / EBSD観察

Outline of Annual Research Achievements

ジルコニウム水素化物は冷却水と原子炉燃料被覆管との腐食によって形成され、被覆管合金部と比較して非常に脆く、被覆管の強度を著しく劣化させる。被覆管製造時に形成されている集合組織により、析出した水素化物の結晶方位は被覆管内で揃っているため、その破損形態や機械特性については結晶方位依存性まで考慮することが望ましい。しかし一般にバルク状ジルコニウム水素化物の合成は難しく、また物性については、多結晶体ですら報告されている値に大きなばらつきが存在していた。本研究では水素化の条件を調整し、機械的性質の組織依存性を明らかにするとともに、EBSD観察を用いてその結晶方位依存性を評価することを目的とする。
平成26年度は改良ジーベルツ装置を用いた水素化条件の調整により、ひずみ量が異なるバルク状のジルコニウム水素化物の合成に成功した。押し込み試験によりこのヤング率を評価したところ、ほぼ同じ組成にも関わらず、ひずみ量の差によっておよそ倍ほどの大きな差が出ることを明らかにした。この結果より、過去の報告値の大きなばらつきは組織およびひずみ量の違いで説明することができると考えられる。実際の被覆管に析出する水素化物では周囲からの拘束によりひずみ量が大きい状態と考えられ、ジルコニウムより高いヤング率を示すことが予想される。以上の結果は、近年重要性が増している中間貯蔵時の被覆管の強度解析などの精度向上に活用できると考えられる。次年度以降は結晶方位依存性の評価に取り組む。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の目的の一つである過去の報告値の大きなばらつきの原因を明らかにすることができている。

Strategy for Future Research Activity

ひずみ量についてはJ-PARCでの中性子回折測定なども行ってさらに評価を進める。
機械的特性の方位依存性の評価についても既に進めており、測定のための大粒径化に成功している。この試料について押し込み試験を行い、EBSD観察結果と照らし合わせて方位依存性を評価していく。