AbstractDuring a loss of coolant accident activated structural material can be mobilized through oxidation. Information on how much material is mobilized in an accident is necessary for performing safety assessments of fusion reactor designs. The Fusion Safety Program at the Idaho National Engineering Laboratory has an experimental program to measure mobilized mass as a function of temperature for various oxidizing environments. Materials studied have included beryllium (important because of its toxicity), copper alloys, a niobium alloy, austenitic and ferritic steels, tungsten (pure and an alloy), and a vanadium alloy.Some materials undergo a significant change in composition during irradiation. An example of this is copper (a candidate for the ITER first wall, divertor substrate, and various instrumentation probes and antennas), which can have as much as 1 wt.% zinc because of transmutation. Additionally, as the design for ITER evolves, a slightly different copper alloy may be selected. Compositional changes may affect the extent that various elements are mobilized because of such mechanisms as diffusion through the alloy, and penetration and release from oxide layers formed on the material. To calculate accurately offsite doses for various irradiation scenarios, we must understand the effect of composition on mobilization.We have carried out a series of experiments in our volatilization of activation products oxides reactor apparatus with a copper alloy containing non-radioactive elements added to represent transmutation products. We prepared samples containing copper, nickel, cobalt, zinc, magnesium, iron, manganese, zirconium and aluminum. We prepared three different sample compositions with varying amounts of cobalt, nickel, and zinc. We tested the samples in the temperature range 600–1200 °C in both air and steam. The species mobilized by volatilization and oxide spalling are carried downstream and collected in a filter or deposited on the system surfaces. The system components and the filter, consisting of quartz, are chemically cleaned with hydrofluoric acid and processed into solutions that are analyzed. These tests provide a mass flux (grams per square meter per hour) as a function of temperature for each element.We used the information from the these tests to calculate offsite early doses (for 1 h at temperature) as a function of temperature resulting from mobilization of the first wall. We present results for both air and steam exposure. We discuss the effect of copper alloy composition on these doses.
冷却材喪失事故時には、活性化された構造材料が移動し得る。事故時にどれだけの量の材料が移動するかに関する情報は、核融合炉設計の安全評価を行うために必要である。アイダホ国立工学環境研究所の核融合安全プログラムは、様々な酸化環境における温度の関数として移動質量を測定するための実験プログラムを有している。研究対象となった材料には、ベリリウム（その毒性のために重要）、銅合金、ニオブ合金、オーステナイト系およびフェライト系鋼、タングステン（純金属および合金）、ならびにバナジウム合金が含まれる。一部の材料は、照射中に組成が大きく変化する。この例として、銅（ITERの第一壁、ダイバータ基材、および各種計測プローブやアンテナの候補材料）は、核変換により最大1重量%の亜鉛を含有し得る。さらに、ITER設計の進化に伴い、わずかに異なる銅合金が選択される可能性がある。組成の変化は、合金内の拡散、および材料上に形成された酸化物層の透過と放出といったメカニズムを通じて、各種元素の移動程度に影響を及ぼし得る。様々な照射シナリオに対するオフサイト線量を正確に計算するためには、組成が移動に及ぼす影響を理解する必要がある。我々は、核変換生成物を模擬するために非放射性元素を添加した銅合金を用いて、揮発性放射性生成物酸化物反応装置において一連の実験を実施した。銅、ニッケル、コバルト、亜鉛、マグネシウム、鉄、ジルコニウム、マンガン、およびアルミニウムを含む試料を調製した。コバルト、亜鉛、およびニッケルの含有量を変えた3種類の異なる組成の試料を調製した。試料は、空気および蒸気の両雰囲気において600〜1200°Cの温度範囲で試験した。揮発および酸化物の剥離によって移動した化学種は、下流に輸送され、フィルターに捕集されるか、または装置表面に沈着した。装置構成部品およびフィルターは石英製であり、フッ化水素酸で化学洗浄して溶液化し、分析に供した。これらの試験により、各元素について、温度の関数としての質量フラックス（g/m²/時）が得られる。我々は、これらの試験から得られた情報を用いて、第一壁からの移動に起因するオフサイト線量（1時間あたりの線量）を温度の関数として計算した。空気および蒸気曝露の両方に対する結果を示す。銅合金の組成がこれらの線量に及ぼす影響について考察する。