Development of composite material for retrievable radioactive waste package

2015年、放射性廃棄物の最終処分に関する基本方針が改訂され、廃棄物の回収可能性の確保が必要となった。ところが、現在の高レベル放射性廃棄物のオーバーパック材や低レベル放射性廃棄物のドラム缶は炭素鋼が選択されており、この材料選択は回収可能性を考慮したものではない。このため、埋設中の腐食によって構造健全性を損ない、廃棄体の回収可能性は失われる。これに対して本研究は、炭素鋼と比較してより優れた耐食性をもつ銅合金、そして、より高い耐圧性をもつ超硬合金から構成される新しい複合材料を開発する。そして、これをパッケージ材料として利用することで回収可能性を確保することを目指す。今年度は銅合金と超硬合金の材料選択を主な目的とした。銅合金については耐食性のみを担うことを当初は考えていたものの、耐食性を損なわずに耐圧性も分担できる可能性を期待して、アルミナ系酸化物粒子で分散強化された酸化物分散強化型銅合金を候補とすることとした。超硬合金については耐圧性を担うものであり、埋設中は一定の静荷重下で長時間変形し難い耐クリープ特性が重要となる。タングステンカーバイド―コバルト系超硬合金は極めて高い硬度と弾性率をもつため、この観点からは相応しい材料である。しかしながら、このような特性は靭性とはトレードオフの関係にあるため、超硬合金を構造材料して利用する場合は靭性の考慮が不可欠となる。そこで、SPring-8放射光による引張荷重下の応力分布を調査して超硬合金の変形と破壊メカニズムも調べた。これより、銅合金としてはアルミナ系酸化物粒子で分散強化された銅合金、超硬合金としてはタングステンカーバイドをコバルト系合金を候補とした。

2015年、放射性廃棄物の最終処分に関する基本方針が改訂され、廃棄物の回収可能性の確保が必要となった。ところが、現在の高レベル放射性廃棄物のオーバーパック材や低レベル放射性廃棄物のドラム缶は炭素鋼が選択されており、この材料選択は回収可能性を考慮したものではない。このため、埋設中の腐食によって構造健全性を損ない、廃棄体の回収可能性は失われる。これに対して本研究は、炭素鋼と比較してより優れた耐食性をもつ銅合金、そして、より高い耐圧性をもつ超硬合金から構成される新しい複合材料を開発する。そして、これをパッケージ材料として利用することで回収可能性を確保することを目指す。今年度は銅合金と超硬合金の材料選択を主な目的とした。銅合金については耐食性のみを担うことを当初は考えていたものの、耐食性を損なわずに耐圧性も分担できる可能性を期待して、アルミナ系酸化物粒子で分散強化された酸化物分散強化型銅合金を候補とすることとした。超硬合金については耐圧性を担うものであり、埋設中は一定の静荷重下で長時間変形し難い耐クリープ特性が重要となる。タングステンカーバイド―コバルト系超硬合金は極めて高い硬度と弾性率をもつため、この観点からは相応しい材料である。しかしながら、このような特性は靭性とはトレードオフの関係にあるため、超硬合金を構造材料して利用する場合は靭性の考慮が不可欠となる。そこで、SPring-8放射光による引張荷重下の応力分布を調査して超硬合金の変形と破壊メカニズムも調べた。これより、銅合金としてはアルミナ系酸化物粒子で分散強化された銅合金、超硬合金としてはタングステンカーバイドをコバルト系合金を候補とした。