アスベスト廃材の有効利用による核燃料焼結体の密度制御

2008 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20560780
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 逢坂 正彦 Japan Atomic Energy Agency, 大洗研究開発センター燃料材料試験部燃料試験課, 研究副主幹 (10421471)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 矢野 豊彦 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 教授 (80158039) ; 三輪 周平 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 大洗研究開発センター燃料材料試験部燃料試験科, 研究員 (50421780)
• Keywords: 原子力エネルギー / アスベスト / 核燃料 / 密度制御 / 添加剤

Research Abstract

平成20年度は、アスベスト廃材由来の助剤が先進核燃料の母材であるMoおよびMgO、またホスト相の模擬材であるCeO_2各々へ与える影響を個別に評価した。またSi_3N_4母材についてはCeO_2との複合材に及ぼすこれら助剤の影響を評価した。助剤としては、シリカ(SiO_2)、フォルステライト(Mg_2SiO_4)およびエンスタタイト(MgSiO_3)を用いた。
MgOに関しては、シリカ、フォルステライト、エンスタタイト共に緻密化に有効であることが分かった。約1wt.%の添加で焼結密度は増加し、添加量による影響はなかった。また各々の助剤による違いはほとんど見られなかった。Moに関しては、助剤添加による影響は見られなかった。CeO_2に関しては、MgOと同様に、助剤の添加により焼結密度は増加した。さらにエンスタタイトの場合に低い温度で液相が形成することが明らかとなった。
Si_3N_4母材に関しては、CeO_2をマイナーアクチニドの模擬元素とし、MgO-SiO_2系化合物を添加することによる緻密化挙動を検討した。MgO-SiO_2系化合物としては、アスベスト廃材の組成を考慮して、フォルステライト(Mg_2SiO_4)およびエンスタタイト(MgSiO_3)組成とした。Si_3N_4:CeO_2:Mg_2SiO_4=77.01:15.97:7.02(重量比)ならびに、Si_3N_4:CeO_2:Mg_2SiO_4=79.02:15.97:5.01組成の混合物を、一軸加圧成型後、1650℃、4時間の条件で窒素ガス雰囲気にて焼結した。いずれの組成でも密度が3.2g/cm^3以上となり、緻密化が進行していることが明らかとなった。