並列タイトル等Segregation of components of molten core oxidic materials using cold crucible induction heating technique (Joint research)
一般注記東京電力ホールディングス(株)福島第一原子力発電所で形成された燃料デブリの臨界評価のためには、燃料デブリ中に含まれる成分の偏析傾向を把握することは非常に重要である。特に、燃料デブリ中で中性子吸収材としての役割を担うと考えられるFeおよびGdの分布状況は臨界性に大きな影響を与えると考えられる。本研究では炉心酸化物溶融物中の凝固過程におけるFeおよびGdの偏析傾向を解明するため、コールドクルーシブル誘導加熱法を用い炉心構成材料(UO$_{2}$、ZrO$_{2}$、FeO、Gd$_{2}$O$_{3}$、模擬核分裂生成物(MoO$_{3}$、Nd$_{2}$O$_{3}$、SrO、RuO$_{2}$))、コンクリート主成分(SiO$_{2}$、Al$_{2}$O$_{3}$、CaO)の溶融凝固試験を行った。本試験では、加熱中溶融試料を徐々に下部に引き抜くことによって、下部から上部に向かって凝固させることを実現した。元素分析の結果、Feは試験体中心付近で試験体下部の最大3.4倍濃縮することがわかった。FeOの初期組成、冷却速度、相分離の有無にかかわらず、すべての試験体でFeの試験体中心部付近への偏析が確認された。このことから、FeOは溶融物中で最終凝固領域に向けて偏析することが考えられる。一方、Gdは試験体中の試験体下部で試験体中心付近の最大2.6倍濃縮した。Gd$_{2}$O$_{3}$は初期組成1at.\%以上の場合、冷却速度、相分離の有無にかかわらず、すべての試験体で試験体下部への偏析が確認された。このことから、Gd$_{2}$O$_{3}$は溶融物中に1at.\%以上含まれる場合、初期に凝固する領域に偏析することが考えられる。一方、模擬核分裂生成物の顕著な偏析は確認されなかった。
For the criticality assessment of fuel debris generated by the accident in Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, understanding of the elemental localization in fuel debris is important. Especially, the distribution of Fe and Gd, which may behave as potential neutron absorber materials in the fuel debris, is of particular important from the viewpoint of nuclear criticality safety. To investigate the localization tendency of Gd and Fe in molten core materials during solidification progress, liquefaction/solidification tests on core materials containing UO$_{2}$, ZrO$_{2}$, FeO, Gd$_{2}$O$_{3}$, and simulated fission products (MoO$_{3}$, Nd$_{2}$O$_{3}$, SrO, and RuO$_{2}$) and concrete (SiO$_{2}$, Al$_{2}$O$_{3}$, and CaO) were performed using cold crucible induction heating technique. During the test, the molten core materials gradually subsided and solidified from the bottom to the top of the melt. Elemental analysis showed that Fe content in the inner region increased approximately up to 3.4 times that in the bottom region. The concentration of Fe into the inner region was observed in all the samples regardless of the initial FeO composition, cooling rates, and phase separation. This suggests that FeO may be concentrated into the low temperature region, where the melt solidified later. In contrast, Gd content in the bottom region increased approximately up to 2.6 times that in the inner region. The concentration of Gd into the bottom region was observed when the initial Gd$_{2}$O$_{3}$ content was higher than 1 at.\%. This suggests that Gd$_{2}$O$_{3}$ may be concentrated into the earlier solidified region. On the other hand, no significant localization was observed on the simulated fission products.
一次資料へのリンクURL/JAEA-Research-2023-007.pdf （fulltext）
連携機関・データベース国立情報学研究所 : 学術機関リポジトリデータベース（IRDB）（機関リポジトリ）
提供元機関・データベース日本原子力研究開発機構 : JOPSS:JAEA Originated Papers Searching System