JP2000314791A - 核燃料焼結体の製造方法 - Google Patents

核燃料焼結体の製造方法

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JP2000314791A
JP2000314791A JP11123213A JP12321399A JP2000314791A JP 2000314791 A JP2000314791 A JP 2000314791A JP 11123213 A JP11123213 A JP 11123213A JP 12321399 A JP12321399 A JP 12321399A JP 2000314791 A JP2000314791 A JP 2000314791A
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Japan
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nuclear fuel
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uranium oxide
particle size
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Toshihiko Okamura
寿彦 岡村
Isao Kawasaki
勇夫 川崎
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Mitsubishi Nuclear Fuel Co Ltd
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Mitsubishi Nuclear Fuel Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 原料用UO2粉末に混合されるウラン酸化物
の粉末粒径を小さくし、焼結を促進することによって燃
焼度の高い焼結体ペレットを得る。 【解決手段】 リサイクルUO2粉末を酸化してU38
粉末へと変換する(ステップST1)。U38粉末の粒
径が規定値以下であるか否かを判定し(ステップST
2)、結果が「YES」の場合はステップST5以下の
処理を行う。結果が「NO」の場合はU38粉末を還元
してUO2粉末へと変換する(ステップST3)。UO2
粉末の粒径が規定値以下であるか否かを判定し(ステッ
プST4)、結果が「YES」の場合はステップST5
以下の処理を行う。結果が「NO」の場合はステップS
T1以下の処理を繰り返す。UO2粉末またはU38
末を原料用UO2粉末に混合する(ステップST5)。
混合粉末を所定の形状に成形し(ステップST6)、還
元性ガス雰囲気中で焼結する(ステップST7)。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、原子炉に使用され
る核燃料焼結体の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】原子炉に使用される核燃料として、二酸
化ウラン(UO2)等の核燃料酸化物からなる焼結体ペ
レットを製造する際には、焼結体ペレットの表面を研削
した時に発生する研削屑に加えて、例えば焼結後に得ら
れる焼結体ペレットの密度が所定の値よりも低くなって
しまったり、焼結体ペレットに亀裂等が生じることによ
って不良品となるものが存在する。こうした研削屑や不
良品の焼結体ペレット等は、所定の大きさに粉砕されて
から核燃料酸化物の粉末と混合され、再び、焼結体ペレ
ットの製造に利用される。図4は従来技術の一例による
核燃料焼結体の製造方法を示す工程図である。先ず、研
削屑や不良品の焼結体ペレット等からなるUO2粉末
(以下において、リサイクルUO2粉末あるいはリサイ
クルウラン酸化物と呼ぶ。)は、酸化処理が施されてU
38粉末へと変換される(ステップS1)。次に、例え
ばボールミルや、ハンマーミル等の粉砕機によってU3
8粉末を粉砕し、粒径が約5〜50μm程度のU38
粉末が形成される(ステップS2)。次に、粉砕された
38粉末を、例えば1μm以下の粒径を有する焼結体
ペレットの原料用のUO2粉末(以下において、原料用
UO2粉末と呼ぶ。)に混合する(ステップS3)。次
に、混合粉末は所定の形状に成形され(ステップS
4)、焼結処理が施される(ステップS5)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、焼結体ペレ
ットを製造する際には、原料用UO2粉末を微細にする
ほど焼結が促進されることが知られており、結晶粒径が
大きく、密度の高い焼結体ペレットを得ることができ
る。また、結晶粒径が大きく、密度の高い焼結体ペレッ
トを使用すると原子炉内での燃焼度を向上させることが
できる。しかし、上記の核燃料焼結体の製造方法では、
リサイクルUO2粉末を酸化してU38粉末に変換して
から粉砕処理を施しているが、例えばハンマーミル等の
粉砕機を適宜の時間稼働して得られるU38粉末の粒径
は約5〜50μm程度であり、このU38粉末を原料用
UO2粉末に混合した場合、原料用UO2粉末が微細であ
っても、焼結体ペレットの焼結密度が十分に高くはなら
ないという問題が生じる。
【0004】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、原料用UO2粉末に混合されるリサイクルウラン酸
化物の粉末粒径を小さくし、焼結を促進することによっ
て燃焼度の高い焼結体ペレットを得ることが可能な核燃
料焼結体の製造方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決して係る
目的を達成するために、請求項1に記載の本発明の核燃
料焼結体の製造方法は、核燃料焼結体の製造時に、製品
とならずに残留するウラン酸化物の粉末を、原料用のウ
ラン酸化物の粉末に混合して前記核燃料焼結体の製造に
再利用する方法において、前記残留するウラン酸化物の
粉末に、少なくとも1回以上の酸化および還元処理を繰
り返すことを特徴としている。
【0006】上記の核燃料焼結体の製造方法によれば、
製品とならずに残留するウラン酸化物例えばUO2粉末
に、酸化および還元処理を繰り返すことによって、すな
わちUO2粉末からU38粉末へ、さらにU38粉末か
ら再びUO2粉末へと結晶構造を繰り返し変化させるこ
とによって、ウラン酸化物の結晶構造の崩壊を誘引して
粉末の粉砕を行うことができる。ここで、残留するウラ
ン酸化物例えばUO2粉末に、少なくとも1回以上の酸
化および還元処理を繰り返すことによって、ボールミル
等の粉砕機を使用して機械的に粉砕する工程を省略する
ことができる。このため、粉砕機の内部に残留する異物
等が混入する恐れがなく、良質の焼結体ペレットを製造
することができる。
【0007】さらに、請求項2に記載の本発明の核燃料
焼結体の製造方法は、前記酸化および還元処理により得
られるウラン酸化物の粉末粒径が、少なくとも2μm以
下であることを特徴としている。
【0008】上記の核燃料焼結体の製造方法によれば、
残留するウラン酸化物例えばUO2粉末に酸化および還
元処理を繰り返して粉末粒径を少なくとも2μm以下と
し、この粉砕されたウラン酸化物を原料用のウラン酸化
物に混合して焼結処理を行うことによって、結晶粒径が
大きく、ほぼ理論値に近い焼結密度を有する核燃料焼結
体を製造することができる。ここで、図1は原料用のウ
ラン酸化物の粉末に混合されるウラン酸化物の粉末粒径
(μm)に対する焼結体ペレットの焼結密度(%T.D.:
Theoretical Density:焼結密度の理論値に対する割
合)の変化を示す図である。図1に示すように、混合さ
れるウラン酸化物の粉末粒径が約2μm程度まで小さく
なるにつれて焼結密度が大幅に増加しており、粉末粒径
が約2μm以下では約99%T.D.となる。こうした核燃
料焼結体を使用することによって原子炉における燃焼度
を向上させることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の核燃料焼結体の製
造方法の一実施形態について添付図面を参照しながら説
明する。図2は本発明の一実施形態に係わる核燃料焼結
体の製造方法を示す工程図である。なお、上述した従来
技術と同一部分には同じ符号を配して説明を簡略または
省略する。先ず、リサイクルUO2粉末は、例えば酸化
炉内でヒータ等により加熱されることによって酸化処理
が施され、U38粉末へと変換される(ステップST
1)。次に、酸化処理によって得られたU38粉末の粉
末粒径が規定値、例えば2μm以下であるか否かが判定
され(ステップST2)、この判定結果が「YES」の
場合は、ステップST5以下の処理を行う。一方、判定
結果が「NO」の場合は、U38粉末は例えば水素ガス
等の還元性ガス雰囲気の還元炉内でヒータ等により加熱
されることによって還元処理が施され、UO2粉末へと
変換される(ステップST3)。次に、還元処理によっ
て得られたUO2粉末の粉末粒径が規定値、例えば2μ
m以下であるか否かが判定され(ステップST4)、こ
の判定結果が「YES」の場合は、ステップST5以下
の処理を行う。一方、判定結果が「NO」の場合は、ス
テップST1以下の処理を繰り返す。このように、ウラ
ン酸化物の結晶構造の変化が繰り返されることによって
結晶構造の崩壊が誘引され、粉末粒径が例えば2μm以
下の微細なウラン酸化物の粉末が生成される。ここで、
図3はリサイクルUO2粉末に酸化および還元処理を施
す回数と、この酸化および還元処理によって得られるU
2粉末の粉末粒径の変化について示す図である。図3
に示すように、粉末粒径を例えば2μm以下とするため
には、少なくとも1回以上の酸化および還元処理を繰り
返せばよい。
【0010】次に、得られたUO2粉末またはU38
末を、例えば1μm以下の粒径を有する原料用UO2
末に混合する(ステップST5)。次に、混合粉末を所
定の形状に成形し(ステップST6)、例えば水素ガス
等の還元性ガス雰囲気中で焼結処理を施す(ステップS
T7)。
【0011】上記の核燃料焼結体の製造方法によれば、
リサイクルUO2粉末を粉砕する際に、酸化および還元
処理を繰り返すだけであり、例えばボールミルやハンマ
ーミル等の粉砕機を使用して機械的に粉砕することがな
いため、粉砕機の内部に残留している異物等が混入する
恐れがなく、良質の焼結体ペレットを製造することがで
きる。さらに、リサイクルUO2粉末に少なくとも1回
以上の酸化および還元処理を施すことによって、粉末粒
径が2μm以下の粉末を得ることができ、この粉末を使
用して焼結体ペレットを製造することによって、焼結体
ペレットの結晶粒径を大きくすることができると共に、
約99%T.D.の焼結密度を得ることができる。このよう
に結晶粒径が大きく、密度の高い焼結体ペレットを使用
することによって原子炉内での燃焼度を向上させること
ができる。
【0012】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1記載の本
発明の核燃料焼結体の製造方法によれば、製品とならず
に残留するウラン酸化物の粉末に酸化および還元処理を
繰り返すことによって、ウラン酸化物の結晶構造の崩壊
を誘引して粉末の粉砕を行うことができ、少なくとも1
回以上の酸化および還元処理を繰り返すことによって、
ボールミル等の粉砕機を使用して機械的に粉砕する工程
を省略することができる。このため、粉砕機の内部に残
留する異物等が混入する恐れがなく、良質の焼結体ペレ
ットを製造することができる。また、請求項2記載の本
発明の核燃料焼結体の製造方法によれば、残留するウラ
ン酸化物に酸化および還元処理を繰り返して粉末粒径を
少なくとも2μm以下とし、この粉砕されたウラン酸化
物を原料用のウラン酸化物に混合して焼結処理を行うこ
とによって、結晶粒径が大きく、ほぼ理論値に近い焼結
密度を有する核燃料焼結体を製造することができる。こ
うした核燃料焼結体を使用することによって原子炉にお
ける燃焼度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 原料用のウラン酸化物の粉末に混合されるウ
ラン酸化物の粉末粒径(μm)に対する焼結体ペレット
の焼結密度(%T.D.:Theoretical Density:焼結密度
の理論値に対する割合)の変化を示す図である。
【図2】 本発明の一実施形態に係わる核燃料焼結体の
製造方法を示す工程図である。
【図3】 図2に示す工程図において、リサイクルUO
2粉末に酸化および還元処理を施す回数と、この酸化お
よび還元処理によって得られる粉末粒径の変化について
示す図である。
【図4】 従来技術の一例による核燃料焼結体の製造方
法を示す工程図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 核燃料焼結体の製造時に、製品とならず
    に残留するウラン酸化物の粉末を、原料用のウラン酸化
    物の粉末に混合して前記核燃料焼結体の製造に再利用す
    る方法において、 前記残留するウラン酸化物の粉末に、少なくとも1回以
    上の酸化および還元処理を繰り返すことを特徴とする核
    燃料焼結体の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記酸化および還元処理により得られる
    ウラン酸化物の粉末粒径が、少なくとも2μm以下であ
    ることを特徴とする請求項1に記載の核燃料焼結体の製
    造方法。
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