JP2001272496A - 被覆燃料粒子より燃料核を回収する方法ならびに回収容易な被覆燃料粒子 - Google Patents
被覆燃料粒子より燃料核を回収する方法ならびに回収容易な被覆燃料粒子Info
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- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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Abstract
(57)【要約】
【課題】燃料製造工程及び使用済み燃料から燃料核を回
収するに際し、被覆燃料粒子の被覆層だけを確実に破砕
し、燃料核を破砕しない粉砕手段ならびに回収の容易な
被覆燃料粒子を提供する。 【解決手段】一対のロータリーディスク９，１０間の隙
間Ｌに被覆燃料粒子６を供給し、粉砕するにあたり、上
記隙間Ｌを燃料核の公差最大値より大きく、かつ被覆第
１層の公差最小値より小さく設定して粉砕する。また、
被覆燃料粒子の被覆第１層の公差最小値を燃料核の公差
最大値より大きく設定せしめる。
収するに際し、被覆燃料粒子の被覆層だけを確実に破砕
し、燃料核を破砕しない粉砕手段ならびに回収の容易な
被覆燃料粒子を提供する。 【解決手段】一対のロータリーディスク９，１０間の隙
間Ｌに被覆燃料粒子６を供給し、粉砕するにあたり、上
記隙間Ｌを燃料核の公差最大値より大きく、かつ被覆第
１層の公差最小値より小さく設定して粉砕する。また、
被覆燃料粒子の被覆第１層の公差最小値を燃料核の公差
最大値より大きく設定せしめる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高温ガス炉等で使用
する被覆燃料粒子、特に製造工程あるいは使用済み燃料
の被覆燃料粒子から燃料核を回収する方法ならびに同回
収を行うに際し、回収の容易な被覆燃料粒子の基本構造
に関するものである。
する被覆燃料粒子、特に製造工程あるいは使用済み燃料
の被覆燃料粒子から燃料核を回収する方法ならびに同回
収を行うに際し、回収の容易な被覆燃料粒子の基本構造
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】製造工程あるいは使用済み燃料から燃料
核を回収することは資源の有効利用のために重要であ
り、とりわけ増殖を目的とした高温ガス炉燃料では燃料
回収技術は非常に重要となる。そこで被覆燃料粒子の被
覆層の破砕を容易にすることにより被覆燃料粒子が内包
する燃料核からウランあるいはプルトニウム等の回収、
再処理を容易にすることが考慮されている。
核を回収することは資源の有効利用のために重要であ
り、とりわけ増殖を目的とした高温ガス炉燃料では燃料
回収技術は非常に重要となる。そこで被覆燃料粒子の被
覆層の破砕を容易にすることにより被覆燃料粒子が内包
する燃料核からウランあるいはプルトニウム等の回収、
再処理を容易にすることが考慮されている。
【０００３】高温ガス炉は冷却材であるヘリウムガスを
約７００℃〜９５０℃に加熱して発電又は化学プラント
等で熱利用することを目的とした原子炉であり、燃料が
高温に曝されるため炭素、セラミックス等でウラン化合
物を被覆した被覆燃料粒子を用いている。
約７００℃〜９５０℃に加熱して発電又は化学プラント
等で熱利用することを目的とした原子炉であり、燃料が
高温に曝されるため炭素、セラミックス等でウラン化合
物を被覆した被覆燃料粒子を用いている。
【０００４】一般的な水炉やナトリウム冷却炉はウラ
ン、プルトニウム等の化合物をペレット状にしてジルコ
ニウム、ステンレス等の被覆管に挿入しており、この被
覆管が核分裂生成物（以下、ＦＰと称する）の保持機能
を有しているが、上記の被覆燃料粒子においては、その
ＦＰ保持機能は被覆層が有している。
ン、プルトニウム等の化合物をペレット状にしてジルコ
ニウム、ステンレス等の被覆管に挿入しており、この被
覆管が核分裂生成物（以下、ＦＰと称する）の保持機能
を有しているが、上記の被覆燃料粒子においては、その
ＦＰ保持機能は被覆層が有している。
【０００５】図１はこの種被覆燃料粒子の１例を示して
おり、図において、直径３５０〜６００μｍの燃料核１
の周囲に内側より順次第１層〜第４層の計４層２，３，
４，５の被覆を施している。このうち、最内側の第１層
２は密度約１ｇ／ｃｍ３の低密度熱分解炭素でガス状Ｆ
Ｐのプレナムあるいは照射時の燃料核１のスウェリング
吸収域の機能を有する。このため、第１層２には機械的
拘束力、強度あるいは気密等は期待されておらず、オー
プンポアで構成しなければならない。これらの機能から
第１層２はバッファ層と称される。
おり、図において、直径３５０〜６００μｍの燃料核１
の周囲に内側より順次第１層〜第４層の計４層２，３，
４，５の被覆を施している。このうち、最内側の第１層
２は密度約１ｇ／ｃｍ３の低密度熱分解炭素でガス状Ｆ
Ｐのプレナムあるいは照射時の燃料核１のスウェリング
吸収域の機能を有する。このため、第１層２には機械的
拘束力、強度あるいは気密等は期待されておらず、オー
プンポアで構成しなければならない。これらの機能から
第１層２はバッファ層と称される。
【０００６】次に第１層２の外側の第２層３は密度約
１．８ｇ／ｃｍ３の高密度熱分解炭素でガス状ＦＰの保
持機能を有している。また、第３層４は密度３．２ｇ／
ｃｍ３の炭化珪素（ＳｉＣ）で固体ＦＰの保持機能を有
すると共に、被覆層の主要な強度部材である。更に第４
層５は第２層３と同様の密度約１．８ｇ／ｃｍ３の高密
度熱分解炭素でガス炉ＦＰの保持機能を有すると共に第
３層４の保護層としての機能も有している。
１．８ｇ／ｃｍ３の高密度熱分解炭素でガス状ＦＰの保
持機能を有している。また、第３層４は密度３．２ｇ／
ｃｍ３の炭化珪素（ＳｉＣ）で固体ＦＰの保持機能を有
すると共に、被覆層の主要な強度部材である。更に第４
層５は第２層３と同様の密度約１．８ｇ／ｃｍ３の高密
度熱分解炭素でガス炉ＦＰの保持機能を有すると共に第
３層４の保護層としての機能も有している。
【０００７】ところで、上記の如き被覆燃料粒子は一般
的に次のような工程を経て製造される。即ち、先ず燃料
核１は内部でゲル化法又は外部ゲル化法によって造粒す
る。この燃料核１を流動床に装荷し、被覆ガスを熱分解
して被覆を施す。第１層２の低密度熱分解炭素の場合は
約１４００℃でアセチレン（Ｃ２Ｈ２）を熱分解する。
第２，第４層３，５の高密度熱分解炭素の場合は約１４
００℃でプロピレン（Ｃ３Ｈ６）を熱分解する。また、
第３層４のＳｉＣの場合は約１６００℃でメチルトリク
ロロシラン（ＣＨ３ＳｉＣｌ３）を熱分解する。そし
て、上述の工程で得られた被覆燃料粒子６は、図２に示
すように、これを黒鉛マトリックス材７中に保持した球
状（イ）、中空円筒状（ロ）あるいは円柱状（ハ）の燃
料要素８として、原子炉に装荷して使用する。なお、上
記燃料要素８は一般的に被覆燃料粒子６に粉末あるいは
ピッチ状の黒鉛マトリックス材７をオーバーコートある
いは混合してプレスすることにより、球型あるいは円筒
型などに成型し、最終的に約１７００℃〜１８００℃で
焼成して燃料要素８として製造される。
的に次のような工程を経て製造される。即ち、先ず燃料
核１は内部でゲル化法又は外部ゲル化法によって造粒す
る。この燃料核１を流動床に装荷し、被覆ガスを熱分解
して被覆を施す。第１層２の低密度熱分解炭素の場合は
約１４００℃でアセチレン（Ｃ２Ｈ２）を熱分解する。
第２，第４層３，５の高密度熱分解炭素の場合は約１４
００℃でプロピレン（Ｃ３Ｈ６）を熱分解する。また、
第３層４のＳｉＣの場合は約１６００℃でメチルトリク
ロロシラン（ＣＨ３ＳｉＣｌ３）を熱分解する。そし
て、上述の工程で得られた被覆燃料粒子６は、図２に示
すように、これを黒鉛マトリックス材７中に保持した球
状（イ）、中空円筒状（ロ）あるいは円柱状（ハ）の燃
料要素８として、原子炉に装荷して使用する。なお、上
記燃料要素８は一般的に被覆燃料粒子６に粉末あるいは
ピッチ状の黒鉛マトリックス材７をオーバーコートある
いは混合してプレスすることにより、球型あるいは円筒
型などに成型し、最終的に約１７００℃〜１８００℃で
焼成して燃料要素８として製造される。
【０００８】一般的な高温ガス炉は通常、上述のように
して得られた燃料要素を使用するが、燃料要素を使用し
ない場合もある。例えば被覆燃料粒子を耐熱材料でパッ
キングして被覆燃料粒子自身を冷却材のヘリウムガスで
直冷するような高温ガス炉もある。また材料について
も、燃料核はウラン酸化物の場合が多いが、炭化物ある
いは窒化物等もある。更にウランにプルトニウムや超ウ
ラン元素のＴＲＵ（Ｎｐ，Ａｍ，Ｃｍ等）を混合する場
合、又は単独で用いる場合もある。被覆管は熱分解炭素
とＳｉＣで４層に被覆する場合が多いが、ＺｒＣやＴｉ
Ｎ等を被覆する場合もある。またこれらの材料を組み合
わせて５層、６層に被覆する場合もある。ところで、上
述のような燃料要素あるいは被覆燃料粒子において前述
した資源の有効利用のため、製造工程あるいは使用済み
燃料から燃料核を回収することが行われている。
して得られた燃料要素を使用するが、燃料要素を使用し
ない場合もある。例えば被覆燃料粒子を耐熱材料でパッ
キングして被覆燃料粒子自身を冷却材のヘリウムガスで
直冷するような高温ガス炉もある。また材料について
も、燃料核はウラン酸化物の場合が多いが、炭化物ある
いは窒化物等もある。更にウランにプルトニウムや超ウ
ラン元素のＴＲＵ（Ｎｐ，Ａｍ，Ｃｍ等）を混合する場
合、又は単独で用いる場合もある。被覆管は熱分解炭素
とＳｉＣで４層に被覆する場合が多いが、ＺｒＣやＴｉ
Ｎ等を被覆する場合もある。またこれらの材料を組み合
わせて５層、６層に被覆する場合もある。ところで、上
述のような燃料要素あるいは被覆燃料粒子において前述
した資源の有効利用のため、製造工程あるいは使用済み
燃料から燃料核を回収することが行われている。
【０００９】図３は現在行われている上記燃料要素ある
いは被覆燃料粒子から燃料核を回収する場合のフロー図
であり、一般的な図１の被覆燃料粒子の場合、第３層が
ＳｉＣ層であるため耐酸化性能が優れており、空気中で
焙焼するだけでは燃料核を回収することが出来ない。こ
のため機械的に耐酸化層であるＳｉＣ層を少なくとも破
砕する必要がある。
いは被覆燃料粒子から燃料核を回収する場合のフロー図
であり、一般的な図１の被覆燃料粒子の場合、第３層が
ＳｉＣ層であるため耐酸化性能が優れており、空気中で
焙焼するだけでは燃料核を回収することが出来ない。こ
のため機械的に耐酸化層であるＳｉＣ層を少なくとも破
砕する必要がある。
【００１０】図２に示す燃料要素の場合、空気中、約９
００℃で焙焼することにより黒鉛マトリックス材は主と
してＣＯ２となって除去されるので、被覆燃料粒子を取
り出すことが出来る。この場合、被覆燃料粒子の最外層
が熱分解炭素であればこれも同時に除去できる。
００℃で焙焼することにより黒鉛マトリックス材は主と
してＣＯ２となって除去されるので、被覆燃料粒子を取
り出すことが出来る。この場合、被覆燃料粒子の最外層
が熱分解炭素であればこれも同時に除去できる。
【００１１】そして、次に粉砕機を使用してＳｉＣ層を
破砕する。さらにこれを再度空気中、約９００℃で焙焼
することによって、ＳｉＣ層の内側の熱分解炭素層を除
去する。このとき燃料核の材質がＵＯ２であれば、再度
の焙焼によってＵ３Ｏ８となる。この段階での残留物は
粉末状Ｕ３Ｏ８とＳｉＣ片と若干の炭素、黒鉛のアッシ
ュである。これらの残留物を酸侵出させることにより、
粉末状Ｕ３Ｏ８を溶解して硝酸ウラニルとする。最終的
に濾過して固液分離することによりＳｉＣ片等を除去
し、この濾液を精製してウランを回収する。なお、図３
のフロー図は、製造時のスクラップや使用済み燃料から
のウラン、プルトニウム等の回収にも適用でき、濾液か
ら例えばＰＵＲＥＸ法により、ウラン、プルトニウムを
回収することが出来る。
破砕する。さらにこれを再度空気中、約９００℃で焙焼
することによって、ＳｉＣ層の内側の熱分解炭素層を除
去する。このとき燃料核の材質がＵＯ２であれば、再度
の焙焼によってＵ３Ｏ８となる。この段階での残留物は
粉末状Ｕ３Ｏ８とＳｉＣ片と若干の炭素、黒鉛のアッシ
ュである。これらの残留物を酸侵出させることにより、
粉末状Ｕ３Ｏ８を溶解して硝酸ウラニルとする。最終的
に濾過して固液分離することによりＳｉＣ片等を除去
し、この濾液を精製してウランを回収する。なお、図３
のフロー図は、製造時のスクラップや使用済み燃料から
のウラン、プルトニウム等の回収にも適用でき、濾液か
ら例えばＰＵＲＥＸ法により、ウラン、プルトニウムを
回収することが出来る。
【００１２】しかして従来、上述の如き燃料製造時の回
収工程において被覆層を破砕する場合、粉砕機としては
ジェット粉砕機やロータリープレード粉砕機を使用して
いた。ジェット粉砕機は超高速の気流で被覆燃料粒子を
加速して、壁面あるいは粒子同士を衝突させて粉砕する
ものである。ロータリーフレード粉砕機は高速回転する
超硬回転刃で粒子を粉砕するものである。しかし、これ
らの方法の問題点は、先ず、被覆燃料粒子全量を確実に
粉砕することが出来ないことである。特に使用済み燃料
を回収・再処理する場合、被覆燃料粒子の数量が膨大で
あるため、例えば日本の高温工学試験研究炉「ＨＴＴ
Ｒ」の被覆燃料粒子数は１炉心分で約９億個であるた
め、粉砕効率が悪い場合の未粉砕粒子数は無視できない
量となる。更に、これらの方法は、衝突エネルギーを利
用して粉砕する方法であるため、多くの燃料核も同時に
粉砕され、この燃料核粉砕屑が設備の汚染拡大、ＭＵＦ
の増加の原因となっていた。
収工程において被覆層を破砕する場合、粉砕機としては
ジェット粉砕機やロータリープレード粉砕機を使用して
いた。ジェット粉砕機は超高速の気流で被覆燃料粒子を
加速して、壁面あるいは粒子同士を衝突させて粉砕する
ものである。ロータリーフレード粉砕機は高速回転する
超硬回転刃で粒子を粉砕するものである。しかし、これ
らの方法の問題点は、先ず、被覆燃料粒子全量を確実に
粉砕することが出来ないことである。特に使用済み燃料
を回収・再処理する場合、被覆燃料粒子の数量が膨大で
あるため、例えば日本の高温工学試験研究炉「ＨＴＴ
Ｒ」の被覆燃料粒子数は１炉心分で約９億個であるた
め、粉砕効率が悪い場合の未粉砕粒子数は無視できない
量となる。更に、これらの方法は、衝突エネルギーを利
用して粉砕する方法であるため、多くの燃料核も同時に
粉砕され、この燃料核粉砕屑が設備の汚染拡大、ＭＵＦ
の増加の原因となっていた。
【００１３】また、更に上記以外の粉砕手段として図４
に示すロータリーディスク粉砕機があり、これは回転す
るディスクで被覆燃料粒子を機械的に粉砕する方法であ
る。しかしながら、従来のこのロータリーディスク粉砕
機は被覆層の粉砕と同時に燃料核も粉砕されていたため
燃料核粉砕屑が設備の汚染拡大、ＭＵＦの増加の原因と
なっていた。
に示すロータリーディスク粉砕機があり、これは回転す
るディスクで被覆燃料粒子を機械的に粉砕する方法であ
る。しかしながら、従来のこのロータリーディスク粉砕
機は被覆層の粉砕と同時に燃料核も粉砕されていたため
燃料核粉砕屑が設備の汚染拡大、ＭＵＦの増加の原因と
なっていた。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の如き従
来の状況に鑑み、製造時あるいは使用済みの高温ガス燃
料である燃料要素あるいは被覆燃料粒子から燃料核を回
収するに際し、燃料核を粉砕することなく、被覆層だけ
を破砕することができる方法を見出すことを課題とし、
特に効率的な粉砕手段を見出すことにより確実に被覆層
だけを破砕し、粉砕機の消費動力の抑制と共に設備の汚
染拡大の規制、ＭＵＦの低減をはかることを目的とする
ものである。
来の状況に鑑み、製造時あるいは使用済みの高温ガス燃
料である燃料要素あるいは被覆燃料粒子から燃料核を回
収するに際し、燃料核を粉砕することなく、被覆層だけ
を破砕することができる方法を見出すことを課題とし、
特に効率的な粉砕手段を見出すことにより確実に被覆層
だけを破砕し、粉砕機の消費動力の抑制と共に設備の汚
染拡大の規制、ＭＵＦの低減をはかることを目的とする
ものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】即ち、上記目的に適合す
る本発明の特徴とするところは、被覆燃料粒子を対向す
る一対のロータリーディスク間の隙間で粉砕し、燃料核
を回収せしめるにあたり、上記一対のロータリーディス
ク間の隙間を燃料核の公差最大値より大きく、かつ最内
側被覆第１層の公差最小値より小さく設定して粉砕する
ことにある。なお、一対のロータリーディスク間の隙間
を燃料核の公差最大値以上で、かつ少なくとも被覆層の
うち、耐酸化性能を有する最内側被覆層（図１の場合で
は被覆第３層）の公差最小値以下に設定して粉砕するこ
とも場合により実施される。
る本発明の特徴とするところは、被覆燃料粒子を対向す
る一対のロータリーディスク間の隙間で粉砕し、燃料核
を回収せしめるにあたり、上記一対のロータリーディス
ク間の隙間を燃料核の公差最大値より大きく、かつ最内
側被覆第１層の公差最小値より小さく設定して粉砕する
ことにある。なお、一対のロータリーディスク間の隙間
を燃料核の公差最大値以上で、かつ少なくとも被覆層の
うち、耐酸化性能を有する最内側被覆層（図１の場合で
は被覆第３層）の公差最小値以下に設定して粉砕するこ
とも場合により実施される。
【００１６】また、本発明は上記粉砕による回収にあた
り、被覆燃料粒子自体を回収し易い構成とすることも他
の特徴であり、ウランまたはプルトニウム、その他超ウ
ラン元素等を単独あるいは混合し、酸化物、炭化物、窒
化物等の化合物となっている燃料核の周囲を熱分解炭
素，ＳｉＣ，ＺｒＣ，ＴｉＮ等より選ばれた複数の被覆
層で被覆してなる被覆燃料粒子において、最内側被覆第
１層の公差最小値を燃料核の公差最大値より大きく設定
せしめたことを特徴とする。
り、被覆燃料粒子自体を回収し易い構成とすることも他
の特徴であり、ウランまたはプルトニウム、その他超ウ
ラン元素等を単独あるいは混合し、酸化物、炭化物、窒
化物等の化合物となっている燃料核の周囲を熱分解炭
素，ＳｉＣ，ＺｒＣ，ＴｉＮ等より選ばれた複数の被覆
層で被覆してなる被覆燃料粒子において、最内側被覆第
１層の公差最小値を燃料核の公差最大値より大きく設定
せしめたことを特徴とする。
【００１７】
【作用】上記本発明回収方法を適用することにより、確
実に被覆層のみが粉砕され、燃料核は粉砕されることが
ないため、燃料核の回収効率が良好となり、粉砕機の消
費動力の抑制、設備の汚染拡大の抑制、ＭＵＦの低減が
達成できる。
実に被覆層のみが粉砕され、燃料核は粉砕されることが
ないため、燃料核の回収効率が良好となり、粉砕機の消
費動力の抑制、設備の汚染拡大の抑制、ＭＵＦの低減が
達成できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、更に添付図面を参照し、本
発明の具体的態様を説明する。
発明の具体的態様を説明する。
【００１９】本発明は前述した如く被覆燃料粒子の被覆
層を粉砕する方法であり、同粉砕に好適な被覆燃料粒子
である。被覆燃料粒子は前記した如く通常、図１に示す
ように燃料核１の周囲に内側より順次低密度熱分解炭素
被覆第１層２、高密度熱分解炭素被覆第２層３，ＳｉＣ
被覆第３層４及び高密度熱分解炭素被覆第４層５の４層
の被覆を施して被覆燃料粒子６として構成されており、
第１層２はバッファ層と称され、第３層４は耐酸化層で
ある。そして、上記被覆燃料粒子６は図２に示すように
該被覆燃料粒子６を黒鉛マトリックス材７中に保持した
球型、円筒形、円柱形などの燃料要素８に成形し、原子
炉に装荷して使用される。
層を粉砕する方法であり、同粉砕に好適な被覆燃料粒子
である。被覆燃料粒子は前記した如く通常、図１に示す
ように燃料核１の周囲に内側より順次低密度熱分解炭素
被覆第１層２、高密度熱分解炭素被覆第２層３，ＳｉＣ
被覆第３層４及び高密度熱分解炭素被覆第４層５の４層
の被覆を施して被覆燃料粒子６として構成されており、
第１層２はバッファ層と称され、第３層４は耐酸化層で
ある。そして、上記被覆燃料粒子６は図２に示すように
該被覆燃料粒子６を黒鉛マトリックス材７中に保持した
球型、円筒形、円柱形などの燃料要素８に成形し、原子
炉に装荷して使用される。
【００２０】本発明は上記の如き被覆燃料粒子６あるい
は燃料要素８を使用後、粉砕して被覆層２〜５内部の燃
料核１を回収する点に特徴を有している。被覆燃料粒子
６の被覆層を確実に粉砕する点からは図４に示すような
ロータリーディスク粉砕が好ましい手段として使用され
る。ここでは一対のロータリーディスク９，１０の円周
上で被覆燃料粒子６を粉砕し粉砕片６′とする方式とな
っているが、この他に一対のロータリーディスクの平面
が対向している方式であってもよい。
は燃料要素８を使用後、粉砕して被覆層２〜５内部の燃
料核１を回収する点に特徴を有している。被覆燃料粒子
６の被覆層を確実に粉砕する点からは図４に示すような
ロータリーディスク粉砕が好ましい手段として使用され
る。ここでは一対のロータリーディスク９，１０の円周
上で被覆燃料粒子６を粉砕し粉砕片６′とする方式とな
っているが、この他に一対のロータリーディスクの平面
が対向している方式であってもよい。
【００２１】そして、粉砕機の消費動力の抑制、設備の
汚染拡大の抑制、ＭＵＦの低減の観点からは、被覆燃料
粒子６の少なくとも耐酸化層のＳｉＣ層４を、望ましく
は全ての被覆層２〜５だけを確実に破砕して、内包する
燃料核１は粉砕されない方が望ましい。このためロータ
リーディスク９，１０のディスク間ギャップＬを少なく
ともＳｉＣ層４の外径より、望ましくは被覆第１層２の
外径より小さく、かつ燃料核１の直径より大きく設定す
る。これにより確実に被覆層だけが破砕され、燃料核は
粉砕されないため、粉砕機の消費動力の抑制、設備の汚
染拡大の抑制、ＭＵＦの低減を達成できる。ただ、ギャ
ップＬがＳｉＣ層４の外径より小さいが、第１層外径よ
り大きい場合は、ＳｉＣ層４がギャップＬ内で圧迫され
た場合、固有の弾性により変形するのみで破壊には至ら
ないケースが生じることもある。そこで、上述の燃料核
の回収のため被覆層の粉砕を容易にするためには、図５
に示す被覆燃料粒子がギャップを設定する上で望まし
い。
汚染拡大の抑制、ＭＵＦの低減の観点からは、被覆燃料
粒子６の少なくとも耐酸化層のＳｉＣ層４を、望ましく
は全ての被覆層２〜５だけを確実に破砕して、内包する
燃料核１は粉砕されない方が望ましい。このためロータ
リーディスク９，１０のディスク間ギャップＬを少なく
ともＳｉＣ層４の外径より、望ましくは被覆第１層２の
外径より小さく、かつ燃料核１の直径より大きく設定す
る。これにより確実に被覆層だけが破砕され、燃料核は
粉砕されないため、粉砕機の消費動力の抑制、設備の汚
染拡大の抑制、ＭＵＦの低減を達成できる。ただ、ギャ
ップＬがＳｉＣ層４の外径より小さいが、第１層外径よ
り大きい場合は、ＳｉＣ層４がギャップＬ内で圧迫され
た場合、固有の弾性により変形するのみで破壊には至ら
ないケースが生じることもある。そこで、上述の燃料核
の回収のため被覆層の粉砕を容易にするためには、図５
に示す被覆燃料粒子がギャップを設定する上で望まし
い。
【００２２】被覆燃料粒子の燃料核直径及び被覆層厚さ
には、必ず製造公差が設定してある。このため次の条件
を満足するような被覆燃料粒子であれば上記粉砕機を使
用して燃料核を粉砕せず被覆層破砕だけをより確実に可
能にすることができる。即ち、燃料核直径をＤとし、被
覆第１層外径をｄとすると、Ｄｍａｘ＜ｄｍｉｎであ
る。但し、ｍａｘは公差最大、ｍｉｎは公差最小であ
る。
には、必ず製造公差が設定してある。このため次の条件
を満足するような被覆燃料粒子であれば上記粉砕機を使
用して燃料核を粉砕せず被覆層破砕だけをより確実に可
能にすることができる。即ち、燃料核直径をＤとし、被
覆第１層外径をｄとすると、Ｄｍａｘ＜ｄｍｉｎであ
る。但し、ｍａｘは公差最大、ｍｉｎは公差最小であ
る。
【００２３】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【００２４】外部ゲル化法により直径５００μｍの燃料
核とした。即ち、硝酸ウラニルに高分子化合物等の増粘
材を添加してアンモニア水中に滴下して、重ウラン酸ア
ンモニウムの粒子とした。これを洗浄、乾燥させた後、
空気中５００℃で焙焼してＵＯ３粒子とし、最終的に水
素中、１５００℃で還元・焼結して密度９７％Ｔ．Ｄ．
のＵＯ２燃料核とした。
核とした。即ち、硝酸ウラニルに高分子化合物等の増粘
材を添加してアンモニア水中に滴下して、重ウラン酸ア
ンモニウムの粒子とした。これを洗浄、乾燥させた後、
空気中５００℃で焙焼してＵＯ３粒子とし、最終的に水
素中、１５００℃で還元・焼結して密度９７％Ｔ．Ｄ．
のＵＯ２燃料核とした。
【００２５】次に流動床を用いて上記燃料核の周囲に熱
分解炭素とＳｉＣを下記４層に被覆した。第１層は１４
００℃でアセチレンを熱分解させ、密度１．０ｇ／ｃｍ
３の低密度熱分解炭素を９０μｍ被覆した。第２層は１
５００℃でプロピレンを熱分解させ、密度１．８ｇ／ｃ
ｍ３の高密度熱分解炭素を３０μｍ被覆した。
分解炭素とＳｉＣを下記４層に被覆した。第１層は１４
００℃でアセチレンを熱分解させ、密度１．０ｇ／ｃｍ
３の低密度熱分解炭素を９０μｍ被覆した。第２層は１
５００℃でプロピレンを熱分解させ、密度１．８ｇ／ｃ
ｍ３の高密度熱分解炭素を３０μｍ被覆した。
【００２６】第３層は１６００℃でメチルトリクロロシ
ランを熱分解させ、密度３．２ｇ／ｃｍ３のＳｉＣを３
０μｍ被覆した。この層は耐酸化層となる。第４層は１
５００℃でプロピレンを熱分解させ、密度１．８ｇ／ｃ
ｍ３の高密度熱分解炭素を４０μｍ被覆した。ここで上
記被覆燃料粒子の製造仕様は表１の通りである。
ランを熱分解させ、密度３．２ｇ／ｃｍ３のＳｉＣを３
０μｍ被覆した。この層は耐酸化層となる。第４層は１
５００℃でプロピレンを熱分解させ、密度１．８ｇ／ｃ
ｍ３の高密度熱分解炭素を４０μｍ被覆した。ここで上
記被覆燃料粒子の製造仕様は表１の通りである。
【００２７】
【表１】
【００２８】引続き、表１の被覆燃料粒子を使用して、
図４に示すロータリーディスク粉砕機による被覆層破砕
試験を行った。ロータリーディスクの直径はφ３００ｍ
ｍ、材質はＳＵＳ３１６、ロータリーディスク回転数は
２０ｒｐｍである。ロータリーディスク粉砕機に投入し
た被覆燃料粒子６は３．５ｋｇ−Ｕ、被覆燃料粒子数に
換算して約５００万個である。
図４に示すロータリーディスク粉砕機による被覆層破砕
試験を行った。ロータリーディスクの直径はφ３００ｍ
ｍ、材質はＳＵＳ３１６、ロータリーディスク回転数は
２０ｒｐｍである。ロータリーディスク粉砕機に投入し
た被覆燃料粒子６は３．５ｋｇ−Ｕ、被覆燃料粒子数に
換算して約５００万個である。
【００２９】ディスク間ギャップＬを燃料核直径の公差
最大値より大きく、第１層外径の公差最小値より小さい
場合、 燃料核の直径の公差最大値が５２５μｍ 燃料核の直径の公差最小値が４７５μｍ 第１層厚さの公差最小値が７０μｍ ５２５μｍ≦ディスク間ギャップ≦（４７５＋２×７０）μｍ…… ここでディスク間ギャップＬを５５０μｍに設定した場
合、燃料核をほとんど壊さずに、被覆層だけを１００％
粉砕することが出来た。
最大値より大きく、第１層外径の公差最小値より小さい
場合、 燃料核の直径の公差最大値が５２５μｍ 燃料核の直径の公差最小値が４７５μｍ 第１層厚さの公差最小値が７０μｍ ５２５μｍ≦ディスク間ギャップ≦（４７５＋２×７０）μｍ…… ここでディスク間ギャップＬを５５０μｍに設定した場
合、燃料核をほとんど壊さずに、被覆層だけを１００％
粉砕することが出来た。
【００３０】また、ディスク間ギャップＬを燃料核直径
の公差最大値より大きく、耐酸化層の第３層外径の公差
最小値より小さい場合、 燃料核の直径の公差最大値が５２５μｍ 燃料核の直径の公差最小値が４７５μｍ 第１層厚さの公差最小値が７０μｍ 第２層厚さの公差最小値が２５μｍ 第３層厚さの公差最小値が２５μｍ ５２５μｍ≦ディスク間ギャップ≦｛４７５＋２×（７０＋２５＋２５）｝μ ｍ…… ディスク間ギャップＬを７１５μｍに設定した場合、燃
料核を壊さなかったが、被覆層粉砕率は８３．６％であ
った。
の公差最大値より大きく、耐酸化層の第３層外径の公差
最小値より小さい場合、 燃料核の直径の公差最大値が５２５μｍ 燃料核の直径の公差最小値が４７５μｍ 第１層厚さの公差最小値が７０μｍ 第２層厚さの公差最小値が２５μｍ 第３層厚さの公差最小値が２５μｍ ５２５μｍ≦ディスク間ギャップ≦｛４７５＋２×（７０＋２５＋２５）｝μ ｍ…… ディスク間ギャップＬを７１５μｍに設定した場合、燃
料核を壊さなかったが、被覆層粉砕率は８３．６％であ
った。
【００３１】ディスク間ギャップＬをバラメータとし
て、同様の粉砕試験を行った結果を表２に示す。前述の
式の条件を満足すれば、燃料核を殆ど粉砕することな
く、被覆層だけを１００％破砕できることが分かった。
て、同様の粉砕試験を行った結果を表２に示す。前述の
式の条件を満足すれば、燃料核を殆ど粉砕することな
く、被覆層だけを１００％破砕できることが分かった。
【００３２】
【表２】
【００３３】
【発明の効果】本発明は以上のように対向する一対のロ
ータリーディスクよりなる粉砕機により被覆燃料粒子を
粉砕するにあたり、ロータリーディスク間の隙間を燃料
核の公差最大値以上、かつ耐酸化性能を有する最内側被
覆層（図１の場合は被覆第３層）外径または被覆第１層
外径の公差最小値以下に設定するものであり、上記設定
した隙間に被覆燃料粒子を供給して粉砕することによ
り、製造時及び使用済み燃料の被覆燃料粒子から、燃料
核を回収するに際し、燃料核を粉砕することなく、被覆
層だけを破砕することが出来る。即ち、ロータリーディ
スク方式の粉砕機によって、機械的に粉砕するとき、ロ
ータリーディスクのディスク間ギャップを燃料核の公差
最大値より大きく、且つ少なくとも耐酸化性能を有する
最内側被覆層（図１の場合は被覆第３層）の、望ましく
は第１層外径の公差最小値より小さく設定することによ
り、確実に被覆層だけが破砕され、燃料核は粉砕される
ことがないため、粉砕機の消費動力の抑制、設備の汚染
拡大の抑制、ＭＵＦの低減を達成できる効果を有する。
また、このようにギャップが設定できるためには被覆燃
料粒子を設計する際に、第１層外径の公差最小値が、燃
料核の公差最大値より大きく設定することにより、前述
の被覆層破砕が容易な被覆燃料粒子とすることができ
る。
ータリーディスクよりなる粉砕機により被覆燃料粒子を
粉砕するにあたり、ロータリーディスク間の隙間を燃料
核の公差最大値以上、かつ耐酸化性能を有する最内側被
覆層（図１の場合は被覆第３層）外径または被覆第１層
外径の公差最小値以下に設定するものであり、上記設定
した隙間に被覆燃料粒子を供給して粉砕することによ
り、製造時及び使用済み燃料の被覆燃料粒子から、燃料
核を回収するに際し、燃料核を粉砕することなく、被覆
層だけを破砕することが出来る。即ち、ロータリーディ
スク方式の粉砕機によって、機械的に粉砕するとき、ロ
ータリーディスクのディスク間ギャップを燃料核の公差
最大値より大きく、且つ少なくとも耐酸化性能を有する
最内側被覆層（図１の場合は被覆第３層）の、望ましく
は第１層外径の公差最小値より小さく設定することによ
り、確実に被覆層だけが破砕され、燃料核は粉砕される
ことがないため、粉砕機の消費動力の抑制、設備の汚染
拡大の抑制、ＭＵＦの低減を達成できる効果を有する。
また、このようにギャップが設定できるためには被覆燃
料粒子を設計する際に、第１層外径の公差最小値が、燃
料核の公差最大値より大きく設定することにより、前述
の被覆層破砕が容易な被覆燃料粒子とすることができ
る。
【図１】本発明における被覆燃料粒子の１例を示す断面
図である。
図である。
【図２】被覆燃料粒子を用いた燃料要素の形状の各例を
示し、（イ）は球状、（ロ）は中空円筒状、（ハ）は円
柱状である。
示し、（イ）は球状、（ロ）は中空円筒状、（ハ）は円
柱状である。
【図３】燃料核回収のフロー図である。
【図４】ロータリーディスク粉砕機による粉砕状況を示
す説明図である。
す説明図である。
【図５】被覆層破砕を容易にした被覆燃料粒子の１例を
示す断面図である。
示す断面図である。
１ 燃料核 ２ 被覆第１層 ３ 被覆第２層 ４ 被覆第３層 ５ 被覆第４層 ６ 被覆燃料粒子 ７ 黒鉛マトリックス ８ 燃料要素 ９，１０ ロータリーディスク Ｌ ディスク間の隙間 Ｄ 燃料核直径 ｄ 被覆第１層外径
Claims (3)
- 【請求項１】被覆燃料粒子を対向する一対のロータリー
ディスク間の隙間で粉砕し、燃料核を回収せしめるにあ
たり、上記一対のロータリーディスク間の隙間を燃料核
の公差最大値より大きく、かつ最内側被覆第１層の公差
最小値より小さく設定して粉砕することを特徴とする被
覆燃料粒子より燃料核を回収する方法。 - 【請求項２】一対のロータリーディスク間の隙間を燃料
核の公差最大値以上で、かつ少なくとも被覆層のうち、
耐酸化性能を有する最内側被覆層の公差最小値以下に設
定して粉砕する請求項１記載の被覆燃料粒子より燃料核
を回収する方法。 - 【請求項３】ウランまたはプルトニウム、その他超ウラ
ン元素等を単独あるいは混合し、酸化物、炭化物、窒化
物等の化合物となっている燃料核の周囲を熱分解炭素，
ＳｉＣ，ＺｒＣ，ＴｉＮ等より選ばれた複数の被覆層で
被覆してなる被覆燃料粒子において、最内側被覆第１層
の公差最小値を燃料核の公差最大値より大きく設定せし
めたことを特徴とする回収容易な被覆燃料粒子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000086113A JP3569659B2 (ja) | 2000-03-27 | 2000-03-27 | 被覆燃料粒子より燃料核を回収する方法ならびに回収容易な被覆燃料粒子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000086113A JP3569659B2 (ja) | 2000-03-27 | 2000-03-27 | 被覆燃料粒子より燃料核を回収する方法ならびに回収容易な被覆燃料粒子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001272496A true JP2001272496A (ja) | 2001-10-05 |
| JP3569659B2 JP3569659B2 (ja) | 2004-09-22 |
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ID=18602330
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000086113A Expired - Fee Related JP3569659B2 (ja) | 2000-03-27 | 2000-03-27 | 被覆燃料粒子より燃料核を回収する方法ならびに回収容易な被覆燃料粒子 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3569659B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006284489A (ja) * | 2005-04-04 | 2006-10-19 | Nuclear Fuel Ind Ltd | 高温ガス炉用被覆燃料粒子の製造法 |
| JP2007139761A (ja) * | 2005-10-18 | 2007-06-07 | Nuclear Fuel Ind Ltd | 燃料コンパクト及びその製造方法 |
| US8599993B2 (en) | 2005-10-18 | 2013-12-03 | Nuclear Fuel Industries, Ltd. | Fuel compact |
| JP2017072480A (ja) * | 2015-10-07 | 2017-04-13 | 株式会社東芝 | 燃料ペレット、核燃料棒、燃料集合体、及び燃料ペレットの製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109065206A (zh) * | 2018-07-25 | 2018-12-21 | 清华大学 | 基于电化学插层氧化法的堆芯燃料元件的首端处理方法 |
-
2000
- 2000-03-27 JP JP2000086113A patent/JP3569659B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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| JP4697938B2 (ja) * | 2005-04-04 | 2011-06-08 | 原子燃料工業株式会社 | 高温ガス炉用被覆燃料粒子の製造法 |
| JP2007139761A (ja) * | 2005-10-18 | 2007-06-07 | Nuclear Fuel Ind Ltd | 燃料コンパクト及びその製造方法 |
| JP4689573B2 (ja) * | 2005-10-18 | 2011-05-25 | 原子燃料工業株式会社 | 燃料コンパクト |
| US8599993B2 (en) | 2005-10-18 | 2013-12-03 | Nuclear Fuel Industries, Ltd. | Fuel compact |
| JP2017072480A (ja) * | 2015-10-07 | 2017-04-13 | 株式会社東芝 | 燃料ペレット、核燃料棒、燃料集合体、及び燃料ペレットの製造方法 |
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| JP3569659B2 (ja) | 2004-09-22 |
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| Chen et al. | Yuping Wu*,‡* State Key Laboratory of Materials-Oriented Chemical Engineering, School of Energy Science and Engineering, Institute for Electrochemical Energy Storage, Nanjing Tech University, Nanjing, People’s Republic of China,† Department of Chemistry |
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