燃料被覆管の表面酸化膜における水素移動のその場観察

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23360427
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 原子力学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 高木 郁二 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20206717)
• 研究分担者: 秋吉 優史 京都大学, 大学院・工学研究科, 助教 (70378793)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 被覆管 / ジルコニウム合金 / 照射効果 / 水素吸収 / 酸化膜 / 拡散 / 加速器分析

研究概要

原子炉の燃料被覆管材料であるジルコニウム合金は、通常はウラン燃料やセシウムなどを十分に閉じ込めるが、水素を吸収すると閉じ込め性能が劣化する可能性がある。新たに開発した手法を用いて被覆管表面に生成する酸化膜中の水素の分布を測定したところ、水素を吸収する速さは酸化膜中の水素の拡散係数と強い相関があること、水蒸気によって生成した酸化膜では金属との界面に近い領域が水素の吸収を抑制していること、放射線照射によって水素の吸収を抑制する領域が増大し得ることがわかった。

研究成果

• [雑誌論文] Deuterium diffusion in oxide layers of Zr-2.5Nb alloy (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Une, K. Sakamoto, I. Takagi, K. Sawada, H. Watanabe, M. Aomi
  • 雑誌名: J. Nucl. Mater 巻: 439 ページ: 84-92
  • DOI: 10.1016/j.jnucmat.2013.04.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of proton irradiation on deuterium diffusion in zirconium oxide layer (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Une, I. Takagi, K. Sawada, H.Watanabe, K. Sakamoto, M. Aomi
  • 雑誌名: J. Nucl. Mater 巻: 420 ページ: 445
  • DOI: 10.1016/j.jnucmat.2011.10.021
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deuterium diffusion in LiOH-water-corroded oxide layer of zirconium alloys (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Une, I. Takagi, K. Sawada, S. Miyamura, M. Aomi
  • 雑誌名: Progress in Nuclear Energy 巻: 57 ページ: 93
  • DOI: 10.1016/j.pnucene.2011.11.009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Irradiation effects on thermal diffusivity and positron annihilation lifetime in ceramics induced by neutron and 30 MeV electron (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Akiyoshi, H. Tsuchida, I. Takagi, T. Yoshiie, X. Qiu, K. Sato, T. Yano
  • 雑誌名: J. Nucl. Sci. Technol 巻: 49 ページ: 595-601
  • DOI: 10.1080/00223131.2012.686809
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydrogen absorption mechanism of zirconium alloys based on characterization of oxide layer (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Une, K. Sakamoto, M. Aomi, J. Matsunaga, Y. Etoh, I. Takagi, S. Miyamura, T. Kobayashi, K. Ito
  • 雑誌名: J. ASTM Int 巻: 8
  • URL: http://www.astm.org/search/fullsite-search.html?toplevel=products-and-services&sublevel=standards-and-publications&type=journals&dltype=alldl&journal=jai&query=JAI102950
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deuterium diffusion in steam-corroded oxide layer of zirconium alloys (2011)
  • 著者名/発表者名: I. Takagi, K. Une, S. Miyamura, T. Kobayashi
  • 雑誌名: J. Nucl. Mater 巻: 419 ページ: 339
  • DOI: 10.1016/j.jnucmat.2011.06.001
  • 査読あり
• [学会発表] Role of alloying elements in hydrogen pickup mechanism of Zr-based alloys (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Sakamoto, K. Une, M. Aomi, K. Hashizume, I. Takagi
  • 学会等名: 2nd Asian Zirconium Workshop
  • 発表場所: Baoji, Shaanxi, China
  • 年月日: 20131015-19
• [学会発表] Property change of oxide layer of Zr-based alloys with oxide growth (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Sakamoto, K. Une, Y. Kashiba, H. Watanabe, I. Takagi, M. Aomi
  • 学会等名: TopFuel 2013
  • 発表場所: Charlotte, North Carolina
  • 年月日: 20130915-19
• [学会発表] Zr 合金酸化膜中の重水素の移動に及ぼすイオン照射の影響II (2013)
  • 著者名/発表者名: 渡辺久之, 樫葉洋平一, 高木郁二, 坂本寛, 宇根勝己, 青見雅樹
  • 学会等名: 日本原子力学会秋の大会L08
  • 発表場所: 八戸市
  • 年月日: 20130903-05
• [学会発表] 遷移前後のZr 合金酸化膜における重水素拡散 (2013)
  • 著者名/発表者名: 樫葉洋平, 渡辺久之, 高木郁二, 坂本寛, 宇根勝己
  • 学会等名: 日本原子力学会春の年会C36
  • 発表場所: 東大阪市
  • 年月日: 20130326-28
• [学会発表] Zr 合金酸化膜中の重水素の移動に及ぼすイオン照射の影響 (2012)
  • 著者名/発表者名: 渡辺久之, 澤田憲一, 高木郁二, 坂本 寛, 宇根勝己, 青見雅樹
  • 学会等名: 日本原子力学会秋の大会J24
  • 発表場所: 東広島市
  • 年月日: 20120919-21
• [学会発表] Controlling factors in hydrogen absorption of zirconium alloys (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Une, K. Sakamoto, J. Matsunaga, Y. Etoh, M. Aomi, I. Takagi, K. Sawada, H. Watanabe
  • 学会等名: TopFuel 2012
  • 発表場所: Manchester, UK
  • 年月日: 20120902-06
• [学会発表] ジルコニウム合金の水素吸収機構の検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 宇根勝己, 坂本 寛, 松永純治, 栄藤良則, 青見雅樹, 高木郁二, 澤田憲一, 渡辺久之
  • 学会等名: 日本原子力学会春の年会C36
  • 発表場所: 福井市
  • 年月日: 20120319-21
• [学会発表] Zr-2.5Nb 合金酸化膜中の重水素の拡散挙動 (2011)
  • 著者名/発表者名: 澤田憲一, 渡辺久之, 高木郁二, 宇根勝己, 坂本寛
  • 学会等名: 日本原子力学会秋の大会E32
  • 発表場所: 北九州市
  • 年月日: 20110919-22
• [学会発表] Zr 合金酸化膜中の重水素の拡散に及ぼすプロトン照射の影響 (2011)
  • 著者名/発表者名: 宇根勝己, 澤田憲一, 渡辺久之, 高木郁二, 青見雅樹
  • 学会等名: 日本原子力学会秋の大会E33
  • 発表場所: 北九州市
  • 年月日: 20110919-22
• [備考]
  • URL: http://www.nucleng.kyoto-u.ac.jp/Groups/Gr2/index.htm