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「ウラン合金の水素同位体吸収放出特性」の経過報告

1. 序

従来、本テーマは、 核融合炉燃料サイクルにおけるトリチウム貯蔵材料としての 様々なウラン合金・化合物の水素吸収放出特性に関する研究を行ってきた。 しかし、研究の進展に伴い、近年では、 原子炉施設で増え続ける劣化ウランの有効利用法の1つとして、 水素エネルギー貯蔵システムへの応用を提案している。 また、 TRIGA 炉での経験を発展させた、 U-Th-Zr 系の金属間化合物を基にする水素化物燃料を提案し、 燃料としての適性を評価する一方、 さらにこれを模擬物質として、 高速炉によりマイナーアクチニドを消滅処理するためのターゲット燃料として、 水素化物燃料が使えないかを評価するなど、 様々な方面へと展開している。

2. 研究の進捗状況(装置の改良等を含む)

(1)

水素貯蔵材としてのウラン(U)は、 水素の吸蔵により微粉末となるし、 また解離圧が低いという点では回収の際困難を伴うと考えられる。 この特性の改善のため、他の金属との合金を作製し、 その水素吸蔵特性の試験を行っている。 前年度より、U-Ni 系に着手しており、 様々な組成を有する U-Ni 合金の水素吸収放出特性を調べている。
(2) 新しい原子燃料物質としての U-Th-Zr 合金水素化物の特性に関する研究

ウラン−ジルコニウム(U-Zr)合金の水素化物は、 水素の効果により固有の安全性を有しており、 既に TRIGA 研究炉などで使用された実績がある。 また、 豊富に存在するトリウム(Th)資源の有効利用、 ならびに毒性の強い超ウラン(TRU)元素の低減、などという観点から、 U-Th混合燃料が調べられてきた。 これらの形態は、主として、酸化物、炭化物、熔融塩などであったが、 トリウムは極めて安定な水素化物を生成するので、 水素化物も燃料の一形態として非常に魅力的である。 本研究では、 様々な組成を有する U-Th-Zr 合金の水素化物に対して、 照射後試験を含む数々の特性試験を行った。 本研究で得られた結果は、 これらの水素化物が原子燃料物質として有用であることを示すもので、 TRIGA炉で用いられている U-ZrH_1.6 と比較しても 優れた特性を有していることが示された。

3. 今後の予定

照射後試験については、 今後より長時間の照射に対する安定性を調べるのが課題である。 また、水素化物燃料は、 高速炉によりマイナーアクチニド(MA)を消滅処理するためのターゲット燃料としても 適用できる可能性がある。 ここに Th は MA の代替として用いられる。 本研究では、今後さらに水素吸蔵特性や熱特性を中心にデータの取得に努め、 ターゲット燃料の設計に必要な基礎資料を提供していきたい。

4. 発表論文リスト

(A) 学位論文等

1. H. Suwarno, "Feasibility Study of U-Th-Zr Hydride as Nuclear Fuel Materials", Doctor Thesis, Graduate School of Engineering, University of Tokyo, (March, 1998).

1. H. Suwarno, T. Yamamoto, F. Ono, K. Yamaguchi, M. Yamawaki, "Hydrogen desorption properties of hydrogenated U-Th-Zr alloys", J. Nucl. Mater. 247 (1997) 333-338.
2. T. Yamamoto, H. Suwarno, H. Kayano, M. Yamawaki, "Development of new reactor fuel materials: hydrogenation properties of U-Th-Zr alloys and neutron irradiation effects on their hydrides", J. Nucl. Mater. 247 (1997) 339-344.
3. T. Yamamoto, H. Suwarno, H. Kayano, M. Yamawaki, "Studies on hydrogen absorption-desorption proterties of U-Th-Zr alloys for developing new reactor fuel materials", Sci. Rep. RITU A45(1) (1997) 57-62.
4. M. Yamawaki, T. Sanda, K. Kobayashi, K. Kawashima, T. Konashi, "Concept of hydride fuel target subassemblies in fast reactor core for effective transmutation of MA", Actinides '97, Baden-Baden, Germany, September 21-26 (1997).
5. H. Ito, T. Yamamoto, K. Yamaguchi, M. Yamawaki, "Hydrogen absorption properties of U₆Mn and U₆Ni", Actinides '97, Baden-Baden, Germany, September 21-26 (1997).
6. T. Yamamoto, H. Suwarno, F. Ono, H. Kayano, M. Yamawaki, "Development of new mixed hydride fuel utilizing U-Th-Zr alloys", Actinides '97, Baden-Baden, Germany, September 21-26 (1997).
7. M. Yamawaki, H. Suwarno, T. Yamamoto, F. Ono, K. Yamaguchi, H. Kayano, "Development of MA-containign hydride fuel as MA-burning target material", Int. Conf. Future Nuclear Systems-Challenge Towards Second Nuclear Era with Advanced Fuel Cycles (GLOBAL '97), Yokohama, Japan, October 5-10 (1997).

1. 伊藤 洋, 山口 憲司, 小野 双葉, 山脇 道夫, 「水素貯蔵材料としてのウラン合金・化合物の水素吸収放出特性に関する研究」, 第1回核エネルギーシンポジウム, 東京, 6月13日 (1997).
2. H. Suwarno, T. Yamamoto, K. Minato, F. Ono, K. Yamaguchi, M. Yamawaki, H. Kayano, "Thermal conductivity of U-Th-Zr and U-Tr-Zr-H alloys from room temperature to 1273K", 日本原子力学会「1997年秋の大会」, I56, 宜野湾, 10月14〜17日 (1997).
3. H. Suwarno, 山脇 道夫, 山本 琢也, 小野 双葉, 山口 憲司, 黄 錦涛, 「Studies on fabrication and physicochemical properties of hydride actinide fuels」, 弥生研究会: 第9回「新型核燃料材料」研究会, 東京, 3月23日 (1998).