量子エネルギー材料の研究成果
図 被覆管の(a)相状態および(b)配向性マップ
図 水素化したジルコニウムの弾性率
燃料の高燃焼度化にともなって、被覆管が腐食し水素化物が形成されます。水素化物は脆いため健全性を低下させ、また機械的性質を変化させることが知られています。左図は析出した水素化物の分布と結晶の配向性を測定した結果です。また右図はジルコニウムに水素を加えた時の弾性率の変化を示しており、水素が固溶する領域では弾性率が減少することがわかりました。
図 き裂先端付近での水素濃度の時間変化
高燃焼度化における燃料の安全性の向上のため、被覆管中における水素の挙動を把握する必要があります。しかし水素の移動はかかっている力や温度など多くのパラメータに依存するため実験的な評価が難しく、計算による評価が有効といえます。図は有限要素法計算によるき裂先端での水素濃度の時間変化を示しており、数秒程度のごく短時間でき裂先端に水素が濃化していることがわかります。
図 UO2-貴金属粒子混合体の観察像
これまでにない高い燃焼度領域においては、燃料の挙動を予想することが難しくなってきています。図は模擬燃料の微細構造と元素分析結果を示しており、貴金属元素はUO2母相に溶け込まず、小さい粒子として分散している様子がわかります。