JPH066767B2 - 中性子吸収能の優れたＴｉ基合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、核燃料の製造，取扱い，輸送，保管，貯蔵等
の為の設備や原子炉付帯設備さらには放射性廃棄物処理
設備等の所謂核燃料サイクルを構成する設備等に使用さ
れる中性子吸収能の優れたＴｉ基合金に関するものであ
る。

［従来の技術］ 上記核燃料サイクル設備等においては、核分裂物質の未
臨界性の確保が基本的な要請として存在する。即ち核燃
料，使用済核燃料，放射性廃棄物等に含まれるＵ²³⁵や
Ｐｕ²³⁹等の核分裂物質は熱中性子（数ｅＶ以下）との
結合エネルギーが高い為高励起状態を作り易く、簡単に
臨界点を超えてしまうという危険がある。そこでこうし
た事態の発生を回避する為上記設備内の熱中性子束密度
を下げて未臨界性を高めておく必要がある。

一方放射性廃棄物処理設備等では使用済み核燃料の溶
解，精製，回収，廃棄に当たり、酸あるいはアルカリで
処理することから機器の腐食並びに健全性の劣化が危惧
され、これに伴ない核燃料物質や放射性物質が漏洩する
恐れがある。その為上記設備の建設に当たっては耐食性
の高い材料を使用する必要がある。

上記の様に核燃料サイクル設備等においては、未臨界性
の確保並びに高耐食性が要求されており、こうした相異
なる２つの要求を満たす為従来は耐食性の優れたステン
レス鋼，Ｔｉ，Ｚｒ等の材料を使用して設備を構成し、
被処理溶液中にＧｄ_２Ｏ_３等の中性子毒を投入するとい
う対応がとられていた。

［発明が解決しようとする問題点］ しかるに上記対応にあっては、未臨界性の確保の為に各
工程における中性子毒濃度を夫々適正に制御しなければ
ならず、特に核燃料サイクルにおいては溶解，抽出，濾
過，濃縮等の種々の処理操作が加えられる為中性子毒濃
度の管理が煩雑になるという欠点がある。

本発明者等はこうした事情に着目し、未臨界性の確保及
び機器腐食の防止という２つの目的を達成し、しかもそ
の為の管理が容易である様な手段を提供しようと考え、
種々検討を重ねた。その結果機器構成材料自体が優れた
耐食性を有し且つ中性子吸収能の大きなものであれば問
題を一挙に解決することができるのではないかとの方針
を立てるに至った。

［問題点を解決するための手段］ 本発明合金は上記方針の下に更に研究を重ねた結果完成
されたものであって、Ｇｄ：０．１〜２％を含み、残部
がＴｉ及び不可避不純物からなる点に第１の要旨が存在
し、又Ｇｄ：０．１〜３％，Ｔａ：４〜６％を含み残部
がＴｉ及び不可避不純物からなる点に第２の要旨が存在
する。

［作用］ 中性子吸収能が大きく且つ耐食性の優れた材料としては
ＨｆやＣｄ等が挙げられるが、これらの材料は極めて高
価であり、且つ構造材料としては機械的性質が劣るとい
う欠点があり、実用に耐え得るものではない。即ち前記
核燃料サイクル設備等の構成材料としては、前記要請を
満足するものであることは勿論であるが、そうした要請
を満足する以前に構造材料としての基本的性質を備える
必要があり、さらに所望の形状に加工するに当たっての
加工性や溶接性等も良好である必要がある。しかるにこ
うした要請の全てを満足する材料がこれまで提供されて
いなかった為に前述の様な耐食性材料の使用と中性子毒
の添加という併用手段をやむをえず採用していたという
のが実状であった。

これに対し、本発明者等は耐食性材料に添加しても構造
材料用として母材特性を損なうことがなしに熱中性子吸
収能を付与できる添加元素殊に熱中性子吸収断面積が大
きい元素について研究を進めた。その結果第１表に示す
様にＧｄは熱中性子吸収断面積が格段に大きくしかも機
械的性質等にも悪影響を与えず、本発明の目的を達成す
る上で最適であるとの知見を得、前記構成で示すところ
の本発明を完成するに至った。

即ち本発明に係るＴｉ合金及びＴｉ−Ｔａ合金は酸ある
いはアルカリに対して優れた耐食性を示す材料であり且
つ構造材料としての諸特性も備えており前述の核燃料サ
イクル設備をはじめとする分野で使用に耐え得るもので
ある。

尚本発明におけるＴｉ−Ｔａ合金はＴａを４〜６％含有
するものであり、これによって耐食性の一層の向上をは
かっている。但しＴａ量が４％未満の場合には耐食性改
善効果を得ることができず、一方６％を超えると加工性
がやや劣化し、耐食性改善効果はそれ以上期待できな
い。

本発明においては上記耐食性構造材料中にＧｄを添加し
ているが、母材がＴｉの場合には添加量を０．１〜２％
とする必要があり、母材がＴｉ−Ｔａ合金の場合には
０．１〜３％とする必要がある。いずれの場合もＧｄ添
加量が０．１％未満の場合には添加効果がなく熱中性子
吸収能を改善することができない。一方Ｇｄ添加量がＴ
ｉの場合には２％、Ｔｉ−Ｔａ合金の場合には３％を超
えると鍛造，圧延等の加工性が悪くなり、耐食性や溶接
部の材料特性の劣化も著しくなる。

ちなみにＴｉ，Ｔｉ−５％Ｔａ合金中へのＧｄの固溶量
は少なく、１％以上のＧｄを含有するＴｉ基合金ではＧ
ｄリッチな第２相（直径５〜１０μｍ）が存在する。こ
のＧｄリッチな第２相は母相よりも高い酸素含有量を示
すことが多く、Ｇｄ含有量の増加と共に該Ｇｄリッチ相
の体積率が増加する。こうした理由からＧｄ添加量が過
剰になるとＧｄリッチ相が増加して加工性や材料特性が
劣化する。

［実施例］ 第２表に示す各種合金をアーク溶解した後、熱間圧延及
び冷間圧延を順次行ない加工性を評価しつつ厚さ１mmの
板材を作成した。次いで５５０℃×１時間の真空焼鈍を
行なった後金相，機械的性質，酸及びアルカリ中におけ
る耐食性，溶接部特性を調査したところ第３表に示す結
果が得られた。

第３表から明らかな様に、本発明Ｔｉ基合金は加工性，
機械的性質，溶接性並びに耐食性に優れ且つ熱中性子吸
収能を有する合金であることが確認された。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、本発明合金を使用
して製作した前述の核燃料サイクル設備等においては長
期に亘り優れた耐食性を得ることができると共に、確実
に未臨界性を保障することができる。又本発明合金は加
工並びに溶接性が良好であるので所望形状の設備を支障
なく製作できると共に、機械的性質も満足し得るもので
あるので構造材料として安心して使用することができ
る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｇｄ：０．１〜２％（重量％の意味、以下
   同じ）を含み、残部がＴｉ及び不可避不純物からなるこ
   とを特徴とする中性子吸収能の優れたＴｉ基合金。
2. 【請求項２】Ｇｄ：０．１〜３％，Ｔａ：４〜６％を含
   み、残部がＴｉ及び不可避不純物からなることを特徴と
   する中性子吸収能の優れたＴｉ基合金。