JP2004125523A - 放射性物質貯蔵用構造強度材及びその製造方法、並びに押出成形用ビレット - Google Patents
放射性物質貯蔵用構造強度材及びその製造方法、並びに押出成形用ビレット Download PDFInfo
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Abstract
【課題】リサイクル燃料集合体の種類や放射性物質格納容器の仕様に応じて最適な放射性物質貯蔵用構造強度材を提供すること。
【解決手段】Ａｌの粉末とＢ又はＢ化合物の粉末とを用意する（ステップＳ１０１、Ｓ１０２）。次に、メカニカルアロイングによってＡｌとＢ又はＢ化合物とのＡｌ混合粉末を作り（ステップＳ１０３）、当該粉末を所定の時間乾燥させる（ステップＳ１０４）。またメカニカルアロイングによらない粉体混合手段によってＡｌとＢ又はＢ化合物のＡｌ混合粉末を作製する（ステップＳ１０５）。そして、両Ａｌ混合粉末を混合して、Ａｌ混合粉末Ｚを作製する（ステップＳ１０６）。次に、ＣＩＰによってＡｌ混合粉末Ｚを所定の形状に成形して予備成形体とし（ステップＳ１０７）、これを真空焼結してから（ステップＳ１０８）、押し出し成形する（ステップＳ１０９）。
【選択図】 図１
【解決手段】Ａｌの粉末とＢ又はＢ化合物の粉末とを用意する（ステップＳ１０１、Ｓ１０２）。次に、メカニカルアロイングによってＡｌとＢ又はＢ化合物とのＡｌ混合粉末を作り（ステップＳ１０３）、当該粉末を所定の時間乾燥させる（ステップＳ１０４）。またメカニカルアロイングによらない粉体混合手段によってＡｌとＢ又はＢ化合物のＡｌ混合粉末を作製する（ステップＳ１０５）。そして、両Ａｌ混合粉末を混合して、Ａｌ混合粉末Ｚを作製する（ステップＳ１０６）。次に、ＣＩＰによってＡｌ混合粉末Ｚを所定の形状に成形して予備成形体とし（ステップＳ１０７）、これを真空焼結してから（ステップＳ１０８）、押し出し成形する（ステップＳ１０９）。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃焼を終えた使用済み核燃料集合体を収容、貯蔵するものに関し、さらに詳しくは、リサイクル燃料集合体を格納するバスケットやラックその他の放射性物質貯蔵用構造物に使用する中性子吸収能を備えた放射性物質貯蔵用構造強度材及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼を終え、核燃料サイクルの終期に至り、使用できなくなった核燃料集合体を、リサイクル燃料という。現在、このリサイクル燃料は、再処理するまで貯蔵施設において貯蔵管理されている。例えば、燃料プールによる貯蔵方式においては、プール内にステンレス製の角パイプを束ねたラックを沈め、この角パイプ内にリサイクル燃料集合体を収容することにより、冷却効果、遮蔽効果、未臨界性などの要求を満たすようにしている。
【０００３】
近年では、ラックを構成する角パイプとして、ステンレス材に中性子吸収材であるボロンを添加したものが使用され始めている。このような角パイプを使用すれば、角パイプの間に配置していた中性子吸収材を省略できるから、角パイプ間の隙間を埋めることができる。このため、プールのピット内に挿入できる角パイプの本数を増加させることができるので、その分、リサイクル燃料集合体の収容数を増加させることができる。
【０００４】
このような角パイプは、キャスク、横型サイロ、プール、ボールド等の各種貯蔵方式に適用することができるが、ラックを構成するにしてもその生産すべき本数が多いので、角パイプを効率的に生産できる技術が要求されている。また、リサイクル燃料集合体から発生する中性子を確実に吸収する必要があるため、角パイプの構造には高い健全性が要求される。
【０００５】
また、角パイプは、リサイクル燃料集合体を貯蔵する際に使用するものであるが、当該角パイプ式のラックの他に板状部材を組み合わせた平板式のラックが知られており、このような平板式のラックにおいても効率的な生産性及び構造の健全性が要求されている。さらに、ＰＷＲ（Ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ Ｗａｔｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ：加圧水型原子炉）用のリサイクル燃料集合体は、その質量が大きいため、これを収容するラックにはより大きな強度が求められる。
【０００６】
これらの角パイプや板状部材のような、放射性物質の貯蔵に用いられる部材の材料としては、中性子吸収材としてＢ（ボロン）又はＢ化合物をＡｌ（アルミニウム）に含有させたＢ−Ａｌ（ボロン−アルミニウム）材が知られている。このようなＢ−Ａｌ材として、特開２００１−４２０８９号公報には、Ａｌの粉末とＢ又はＢ化合物の粉末とを混合させ、所定の形状に成形した後焼結して製造するＡｌ複合材が開示されている。また、特許３２０７８４０号や特許３２０７８４１号には、メカニカルアロイングによってＡｌ粉末とＢ又はＢ化合物の粉末とを混合させることによってＢをＡｌ母相中へ均一に分散させ、且つ強度を向上させたＢ−Ａｌ材が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−４２０８９号公報
【特許文献２】
特許３２０７８４０号
【特許文献３】
特許３２０７８４１号
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、メカニカルアロイングによれば、材料の強度を向上させることはできるが、その反面靭性が低下して押出成形がし難くなってしまう。また、単にＡｌの粉末とＢ又はＢ化合物の粉末とを混合させて成形・焼結したのでは、十分な強度を得ることができない。さらに、リサイクル燃料集合体の種類や、これを収納するキャスクやキャニスタといった放射性物質格納容器の仕様は様々であり、これらの違いに応じて、リサイクル燃料集合体を格納するバスケットの構成部材に要求される性能も異なる。しかし、従来のＢ−Ａｌ材及びその製造方法では、このような種類や仕様の相違に対応することは困難であった。
【０００９】
そこで、この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、強度と靭性とのバランスをとること、リサイクル燃料集合体の種類や放射性物質格納容器の仕様に応じて最適な放射性物質貯蔵用構造強度材を提供することのうち少なくとも１つを達成できる放射性物質貯蔵用構造強度材及びその製造方法、並びに押出成形用ビレットを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１に係る放射性物質貯蔵用構造強度材は、Ａｌの粉末と、Ａｌの粉末及び中性子吸収材の粉末をメカニカルアロイングによって処理したＭＡ処理粉末とを、メカニカルアロイングによらない粉体混合手段によって混合したＡｌ混合粉末を所定の形状に成形して焼結し、熱間成形したことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に係る放射性物質貯蔵用構造強度材は、上記放射性物質貯蔵用構造強度材において、さらに中性子吸収材の粉末を上記ＭＡ処理粉末と上記Ａｌの粉末とに加えて、メカニカルアロイングによらない粉体混合手段によって混合したことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３に係る放射性物質貯蔵用構造強度材は、Ａｌの粉末及び中性子吸収材の粉末をメカニカルアロイングによって処理した所定割合のＭＡ処理粉末に、Ａｌの粉末及び中性子吸収材の粉末をメカニカルアロイングによらない粉体混合手段によって混合した混合粉末を含むＡｌ混合粉末を所定の形状に成形して焼結し、熱間成形したことを特徴とする。
【００１３】
このように、メカニカルアロイングによるＭＡ処理粉末と、メカニカルアロイングによらないＡｌ粉末、又はＡｌ粉末及び中性子吸収材の粉末をメカニカルアロイングによらないで混合した混合粉末とを混合する。これによって、両者の混合比率を変化させることにより、放射性物質貯蔵用構造強度材の強度と靭性と延性とを調整することができる。その結果、リサイクル燃料集合体の種類や、キャスクやキャニスタ等といった放射性物質格納容器の仕様に応じて、最適な強度と靭性とを持った構造強度材を作製することができる。そして、リサイクル燃料集合体を格納するバスケットを設計する際の自由度が向上する。また、この放射性物質貯蔵用構造強度材では、高価なメカニカルアロイングによって製造するＭＡ処理粉末の使用量を抑えることができるので、放射性物質貯蔵用構造強度材の価格を抑えることもできる。
【００１４】
ここで、メカニカルアロイングによらない粉体混合手段とは、クロスロータリーミキサー、Ｖミキサー、リボンミキサー、パグミキサー等の粉体混合手段をいう（以下同様）。また、熱間成形には、熱間押出し、熱間圧延、熱間鍛造その他の熱間成形加工が含まれる（以下同様）。また、本発明にいう放射性物質貯蔵用構造強度材とは、リサイクル燃料集合体を格納するバスケット等を構成するための部材に用いる構造強度材料であり、前記バスケットを構成する部材そのものではない（以下同様）。
【００１５】
また、請求項４に係る放射性物質貯蔵用構造強度材は、上記放射性物質貯蔵用構造強度材において、上記ＭＡ処理粉末の割合は、全Ａｌ混合粉末の２５質量％以上９５質量％以下としたことを特徴とする。この範囲でＭＡ処理粉末の割合を調整すれば、強度と靭性と延性とのバランスのとれた放射性物質貯蔵用構造強度材を得ることができる。
【００１６】
また、請求項５に係る放射性物質貯蔵用構造強度材のように、中性子吸収材にはＢ又はＢ化合物を使用することが好ましい。特に、入手が容易で、且つ安価に入手できる炭化ボロン（Ｂ４Ｃ）を使用すれば、製造コストを低減させることができる。なお、ＢにはＢ１０を濃縮したいわゆる濃縮ボロンも含む。
【００１７】
また、請求項６に係る放射性物質貯蔵用構造強度材は、上記放射性物質貯蔵用構造強度材において、上記Ａｌは、Ｓｉを所定量以下に制限し、且つＡｌよりも酸素結合力の強い元素を含むことを特徴とする。このように、Ｓｉを所定量以下に制限すれば、Ａｌ母相に含まれるＳｉの含有量を所定量以下に制限しているので、靭性の低下を抑制できる。Ｓｉは靭性を低下させるので、その含有量は、少なければ少ないほど好ましく、その上限のＳｉ含有量は、０．４質量％以下が好ましい（請求項７）。第２相粒子として靭性を低下させるＳｉの含有量がこの範囲であれば、必要十分な靭性を確保できる。
【００１８】
また、Ａｌよりも酸素との結合力が強い元素を含むことにより、微細粒子がＡｌ母相中に析出するので、靭性を維持しつつ、高温環境下（２５０℃程度）においては高い強度を発揮できる。さらに、適度に微細粒子が析出しているので押出成形性が悪化せず、押出成形によって所望の形状に成形できる。ここで、Ａｌよりも酸素との結合力の強い元素には、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒがある。前記元素のうち、ＭｇをＡｌに含有させた場合には、その含有量は０．４９〜０．６６質量％とすることが好ましい（請求項８）。Ａｌよりも酸素との結合力が強い元素であるＭｇの含有量がこの範囲であれば、高温強度を高くでき、また、押出成形性も確保できる。
【００１９】
また、請求項９に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法は、メカニカルアロイングによってＡｌとＢ又はＢ化合物とのＭＡ処理粉末を作製し、またメカニカルアロイングによらない粉体混合手段によってＡｌとＢ又はＢ化合物の混合粉末を作製する工程と、前記ＭＡ処理粉末と前記混合粉末とをメカニカルアロイングによらない粉体混合手段で混合してＡｌ混合粉末を作製する工程と、冷間静水圧成形法又は冷間一軸方向加圧により前記Ａｌ混合粉末の予備成形体を成形する工程と、前記予備成形体を無加圧状態で真空焼結する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２０】
このように、ＭＡ処理粉末とメカニカルアロイングによらないＡｌとＢ等の混合粉末とを混合するので、その混合割合によって放射性物質貯蔵用構造強度材の強度と靭性とを変化させることができ、リサイクル燃料を格納するバスケット等の設計の際には自由度が向上する。そして当該混合粉末を冷間静水圧成形法（ＣＩＰ：Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓ）により予備成形するので、成形密度のばらつきを少なくできる。また、予備成形体を無加圧下で真空焼結するので、ＨＩＰ（Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓ）のときのようにキャニングする必要がなく、真空焼結した後に外削などの機械加工をせずに済む。また、ホットプレスのときのような型内に入れてプレスする必要もない。このため、加工工程を大幅に削減でき、ビレットの製造が容易になる。
【００２１】
また、請求項１０に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法のように、メカニカルアロイングによってＡｌとＢ又はＢ化合物とのＭＡ処理粉末を作製する工程と、前記ＭＡ処理粉末と、Ａｌの粉末とをメカニカルアロイングによらない粉体混合手段で混合して、Ａｌ混合粉末を作製する工程と、冷間静水圧成形法又は冷間一軸方向加圧により前記Ａｌ混合粉末の予備成形体を成形する工程と、前記予備成形体を無加圧状態で真空焼結する工程と、を含むようにしてもよい。また、上記ＭＡ処理粉末と上記Ａｌの粉末とをメカニカルアロイングによらない粉体混合手段で混合する工程においては、Ｂ又はＢ化合物の粉末を加えてもよい（請求項１１）。このようにすれば、ＭＡ処理粉末にＡｌ粉末又はＢ等の粉末をメカニカルアロイングによらない粉体混合手段によって混合するだけでＡｌ混合粉末を製造できるので、上記製造方法と比較して、製造工程を１工程省略できる。
【００２２】
また、請求項１２に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法は、上記放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法において、さらに、上記予備成形体を無加圧状態で真空焼結することにより作製されたビレットを誘導加熱手段により加熱する工程と、誘導加熱したビレットをダイスによって熱間成形する工程とを含むことを特徴とする。
【００２３】
この放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法においては、冷間静水圧成形法又は冷間一軸方向加圧により予備成形体を成形することで、予備成形体の質量密度が増加する。この状態で無加圧下の真空焼結を施すため、粉体同士が融着して予備成形体全体で電気伝導度が向上する。これによって、予備成形体に誘導電流が流れやすくなり、効率的にビレットが加熱できるようになる。その結果、ビレットの押出速度を向上でき、製造効率が向上する。
【００２４】
また、請求項１３に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法は、上記放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法において、さらに、上記ＭＡ処理粉末の割合は、全Ａｌ混合粉末の２５質量％以上９５質量％以下であることを特徴とする。この範囲でＭＡ処理粉末の割合を調整すれば、強度と靭性と延性とのバランスのとれた放射性物質貯蔵用構造強度材を製造することができる。
【００２５】
また、請求項１４に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法は、上記放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法において、さらに、上記メカニカルアロイングの時間を０．５時間以上１０時間以下とすることを特徴とする。このようにすれば、Ａｌ母相中に含まれるＡｌよりも酸素結合力の強い元素が反応し、強化粒子である微細粒子がＡｌ母相中に析出する。また、一般的なメカニカルアロイングでは、材料自体を変える必要があるが、この放射性物質貯蔵用構造強度材においては微細粒子をＡｌ中に析出させればよい。このため、メカニカルアロイングに要する時間を１／１０程度に短縮でき、生産性を向上させることができる。
【００２６】
また、請求項１５に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の押出し成形用ビレットは、中性子吸収材の粉末とＡｌの粉末とをメカニカルアロイングによって混合したＭＡ処理粉末と、Ａｌの粉末又は中性子吸収材の粉末又はＡｌの粉末と中性子吸収材の粉末とをメカニカルアロイングによらない粉体混合手段によって混合した混合粉末のうち少なくとも一つとからなるＡｌ混合粉末を所定の形状に成形して焼結したことを特徴とする。
【００２７】
このように、メカニカルアロイングによるＭＡ処理粉末と、Ａｌ粉末やメカニカルアロイングによらない混合粉末等とを混合し、当該Ａｌ混合粉末を焼結してビレットを製造する。これにより、ＭＡ処理粉末の混合比率を変化させることで、放射性物質貯蔵用構造強度材の強度と靭性と延性とを調整することができる。これにより、リサイクル燃料集合体の種類や、キャスクやキャニスタ等といった放射性物質格納容器の仕様に応じて、最適な強度と靭性とを持った構造強度材を作製することができる。その結果、リサイクル燃料集合体を格納するバスケットを設計する際の自由度が向上する。
【００２８】
また、請求項１６に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の押出し成形用ビレットは、上記放射性物質貯蔵用構造強度材の押出し成形用ビレットにおいて、さらに、上記ＭＡ処理粉末の割合は、全Ａｌ混合粉末の２５質量％以上９５質量％以下であることを特徴とする。この範囲でＭＡ処理粉末の割合を調整すれば、強度と靭性と延性とのバランスのとれた放射性物質貯蔵用構造強度材の押出し成形用ビレットを得ることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００３０】
（実施の形態１）
本発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材は、メカニカルアロイングによってＡｌ粉末及び中性子吸収材の粉末を混合したＭＡ処理粉末と、メカニカルアロイングによらない通常の粉体混合手段によってＡｌ粉末及び中性子吸収材の粉末とを混合して製造したＡｌ混合粉末Ｙとを所定の割合で混合したＡｌ混合粉末Ｚによって、リサイクル燃料格納用バスケットの構造強度部材やその他の構造強度材を製造する点に特徴がある。
【００３１】
本発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材は、リサイクル燃料集合体を格納するバスケットの構成部材等に使用される。このようなバスケットは、隣り合うリサイクル燃料集合体が臨界に達することを防止する機能が求められる。このため、本発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材には、中性子吸収能を有するボロンＢ又はＢ化合物の粉末を中性子吸収材としてＡｌに添加したＡｌ複合材により構成されている。なお、本発明にいうＡｌは純Ａｌ及びＡｌ合金の両方を含む概念である。
【００３２】
ここで、天然Ｂには中性子の吸収に寄与するＢ１０と中性子の吸収には寄与しないＢ１１がある。したがって、中性子吸収能を有するＢ１０を濃縮した濃縮Ｂを使用すると、同じＢの添加量であれば天然ボロンをそのまま使用した場合と比較してＢ１０が多くなる分だけ中性子吸収能を高くできる。したがって濃縮Ｂを使用すると、同じ中性子吸収能であれば、天然Ｂをそのまま使用した場合よりも薄い肉厚の板状部材で済む。このため、濃縮Ｂを使用するとより薄い板厚で同じ中性子吸収能を持たせることができるので、リサイクル燃料集合体格納用バスケットを軽量化したい場合は濃縮Ｂを使用することが好ましい。一方、天然ＢやＢ４Ｃをそのまま使用した場合と同じ量の濃縮Ｂを添加すればそれだけ中性子吸収能を高くできるので、燃焼度の高いリサイクル燃料集合体を格納する場合でも臨界に対する安全性を十分に確保できる。
【００３３】
Ｂ化合物には、Ｂ４Ｃ、Ｂ２Ｏ３などを用いることができる。ここで、Ａｌに対するＢの添加量は、１．５質量％以上、９質量％以下とするのが好ましい。１．５質量％以下では十分な中性子吸収能が得られず、９質量％より多くなると引っ張りに対する延びが低下するためである。そして、より好ましい機械的性質を得るためには、Ａｌに対するＢの添加量は、１．５質量％以上、７質量％以下とするのが好ましい。なお、濃縮Ｂを使用すれば、加工性を損なわずにより多くのＢ１０を添加できることは言うまでもない。
【００３４】
中性子吸収材には、Ｂの他にカドミウムＣｄ、ハフニウムＨｆ、あるいは希土類元素等の中性子吸収断面積が大きなものを用いることができる。Ｂを分散形材料として用いる場合は、加工しやすくするため７質量％以下にするのが好ましい。また、Ａｇ−Ｉｎ−Ｃｄ合金の組成は、Ｉｎを１５質量％、Ｃｄを５質量％にするのが一般的である。希土類元素には、ユーロピウム、ディスプロシウム、サマリウム、ガドリニウムなどの酸化物を用いることができる。
【００３５】
図１は、この発明の実施の形態１に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法を示すフローチャートである。本発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法は、（１）Ａｌ粉末と中性子吸収材粉末とをメカニカルアロイング及びメカニカルアロイングによらない粉体混合手段により混合する工程、（２）混合された粉末を加圧して予備成形体を成形する工程、（３）この予備成形体を無加圧状態で真空焼結する工程とを含む。
【００３６】
まず、エアアトマイズ法、ガスアトマイズ法等のアトマイズ法、単ロール法、双ロール法等の急冷凝固法によりＡｌ粉末を作製し（ステップＳ１０１）、同時にＢ又はＢ化合物の粉末を用意する（ステップＳ１０２）。なお、ステップＳ１０１とステップＳ１０２とは、いずれが先であっても構わない。
【００３７】
前記Ａｌ粉末を作製するために使用するＡｌは、Ｓｉの含有量を所定量以下に抑え、且つ所定量のＡｌよりも酸素結合力の高い元素（Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ等）を固溶したＡｌを使用する。このようなＡｌを使用することにより、後述するメカニカルアロイングによって、Ａｌ母相中に微細粒子を析出させて靭性と高温強度とを両立しやすくなる。また、Ｍｇの代わりに、ＴｉやＺｒ等といったＡｌよりも酸素結合力が強い元素も使用できる。さらに、このようなＡｌよりも酸素結合力が強い元素を単体又は２種以上組み合わせてＡｌ母相中に固溶させてもよい。
【００３８】
なお、本発明に係るＡｌ母相の放射性物質貯蔵用構造強度材は、Ｓｉ量を所定量以下とし、さらに、Ａｌよりも酸素結合力の高い元素を所定量以上固溶していればよい。したがって、さらに強度や靭性を付与する目的で他の元素を添加することもできる。この目的のために、例えば、工業規格等に規定された所定のＡｌ合金（例えばＪＩＳ−５０００系やＪＩＳ−６０００系のＡｌ合金）の組成を調整し、所定以下のＳｉ量で、且つＡｌよりも酸素結合力の高い元素を所定量以上固溶させたものを使用してもよい。
【００３９】
次の工程では、メカニカルアロイング（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｌｌｏｙｉｎｇ：ＭＡ）により上記Ａｌ粉末とＢ又は化合物の粉末とを混合し、Ａｌ母相中にＢをすり込む（ステップＳ１０３）。本実施の形態のおいては、中性子吸収材としてＢ４Ｃを使用するが、Ｂ４Ｃ粒子の平均粒径が大きいと放射性物質貯蔵用構造強度材の強度が低くなり、その一方、Ｂ４Ｃの平均粒径を小さくするとＢ４Ｃ同士が凝集して偏析するため、中性子吸収能の低下や加工性の悪化が生じてしまう。そこで、本発明においては高エネルギーボールミリングによるメカニカル・アロイングを用いることで、Ｂ４Ｃ粉末の微細化及び均一分散化を図り、且つ材料の強度を向上させる。実施の形態１においては、高エネルギーボールミリングにアトライターミルを使用するが、これに代えて、一般的な転動ミル、揺動ミルあるいはジェットミルを使用することもできる。
【００４０】
なお、Ａｌ母相にＭｇやＴｉのようなＡｌよりも酸素結合力の強い元素を固溶させると、メカニカルアロイング中にこれらの元素がＡｌ等と反応することによって、Ａｌ母相中に微細粒子が析出する。この微細粒子は、高温強度を向上させるために有用であり、メカニカルアロイングの時間を調整することにより、好適にこの微細粒子をＡｌ母相中に析出させることができる。
【００４１】
Ａｌ母相中に析出する微細粒子は、例えばＭｇＡｌ２Ｏ４があり、その粒径は１ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。このような微細粒子をＡｌ母相中に析出させるためには、メカニカルアロイングにより高いエネルギーをＡｌ粉末に与えて上記Ａｌ粉末を混合することによりＡｌの新成面を作り出し、この新成面でＡｌ母相中に固溶しているＡｌよりも酸素結合力の強い元素（例えばＭｇやＴｉ）を反応させる。そして、このＭｇを核として微細粒子をＡｌ母相中に析出させる必要がある。
【００４２】
図２は、この発明の実施の形態１に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法に用いるアトライターミルの構成図である。アトライターミル３０は、Ａｌ粉末とＢ粉末等を混合するための容器３１を備えている。また、容器３１の壁内にはウォータージャケット３２が形成されている。メカニカルアロイング中にはＡｌ粉末等の材料が高温となるので、ウォータージャケット３２内にはポンプなどの給水器３３から適量の冷却水を供給して、材料の焼付きを防止する。
【００４３】
アトライター３４は、上方に配置した駆動モータ３５と減速機３６を介して結合している。容器３１の上面には、容器３１中を不活性ガスであるアルゴン（Ａｒ）雰囲気にするため、流入口３７及び流出口３８が設けられている。流入口３７にはアルゴンガスのガスボンベ３９が接続され、流出口３８にはホース４０を接続して水中に入れ、大気の逆流を防止する。また、このボールミリングに使用するボール４１には、アルミナボールや炭素鋼ベースの軸受鋼（ＳＵＪ−２）を使用することができる。
【００４４】
ボールミリングの過程において、投入したＡｌはボール４１の衝撃を受けることによってつぶされ、且つ折りたたまれ、扁平形状になる。このため、Ａｌの外径は一面方向に広がって８０μｍ程度になる。この時、Ａｌがボール４１によってつぶされる際には、Ａｌの新成面が出現する。そして、Ａｌ母相中に固溶するＡｌよりも酸素との結合力が強い元素がこの新成面に現れて、当該元素を核として微細粒子が生成され、この微細粒子がＡｌ母相中に析出する。また、ボールミリングにおいては、Ａｌ粉末は常に高エネルギーボールによっておしつぶされるので、常に新しい新成面が生まれる。これによって、Ａｌ母相中には均一に微細粒子が析出して、焼結・押出成形後の機械的性質を向上させる。
【００４５】
一方、Ｂ４Ｃ粉末は、ボールミリングによって破砕され、その粒径が０．５μｍ〜１．０μｍ程度まで微細化されるとともに、Ａｌ母相中に均一にすり込まれてゆく。このように、メカニカルアロイングを使用すれば、微細粒子を均一に析出させられるだけでなく、さらに、高い硬度を有するＢ４Ｃ粉末の凝集を抑制して、当該粉末を微細且つ均一にＡｌ母相中に分散させることができる。それによってＢ４Ｃ粉末の凝集を防止できるので、押出性を向上することができる。このため、押出用のダイスの磨耗低減にも効果がある。さらに、Ｂ４Ｃ粉末を微細化してＡｌ母相中に分散させるので強度も高くなり、質量が大きいリサイクル燃料集合体を格納するバスケットの構成部材として特に有用である。
【００４６】
なお、ボールミリングの過程で、ボール４１同士の衝突により当該ボール４１が磨耗してその成分が不純物として混入することがある。そこで、ボール４１の成分に予め不純物として添加する元素を含めておき、ボールミリングの過程で当該元素を添加するようにしてもよい。この元素としては、例えば、ＴｉやＺｒ等を挙げることができる。
【００４７】
次に、実際に本発明に係るリサイクル燃料収納部材用のＡｌ複合粉末を製造する場合の条件を説明する。前記容器３１内に入れるボール４１にはＡｌ２Ｏ３ボールを使用し、その量は９．３ｋｇ、当該ボール４１の径は０．４インチとした。アトライター３４の回転数は３００ｒｐｍとし、さらに、０．５リットル／ｍｉｎのアルゴンを連続的に流して容器３１内を不活性ガス雰囲気とした。また、ボールミリングの前に、その助剤として粉末１ｋｇに対して１５〜２０ｃｃのエタノールあるいはメタノール等の有機溶剤を投入した。前記容器３１内に投入する粉末の量は、０．６〜１．０ｋｇとした。このうち、Ｂ４Ｃの投入量は０．０３〜０．０５ｋｇ（５質量％）とした。また、使用するＡｌ粉末は、平均粒径が１００μｍのものを用い、Ｂ４Ｃ粉末は、平均粒径が１０μｍのものを用いた。
【００４８】
ボールミリングの時間は２時間から４時間の範囲で適宜選択するようにした。ここで、ボールミリングの時間は、エネルギーの高いボールを使用する場合は短く、また、比較的エネルギーの低いボールを使用する場合は相対的に長くなる。本発明においては、Ａｌ粉末中におけるＡｌよりも酸素と結合力の高い元素とＡｌとを反応させて、Ａｌ母相中に微細粒子を析出させるだけの時間ボールミリングを継続すればよく、通常のメカニカルアロイングのように材料自体を変化させる必要はない。使用するボールやミルの種類にもよるが、本発明におけるボールミリングの時間は０．５〜１０時間である。このように、数１０〜数１００時間を要する通常のメカニカルアロイングと比較して１／１０以下の時間でメカニカルアロイング工程が終了するので、製造工程を短縮でき経済的である。メカニカルアロイング工程が終了したら、混合粉末を容器３１から取り出し、所定の温度で所定の時間、混合粉末を乾燥させる（ステップＳ１０４）。これは、余分な助剤を揮発させるためである。
【００４９】
次に、メカニカルアロイングによらない通常の粉体混合手段で、アトマイズ法等の急冷凝固法により製造したＡｌの粉末とＢ又はＢ化合物の粉末とを混合し、Ａｌ混合粉末（以下Ａｌ混合粉末Ｙ）を作製する（ステップＳ１０５）。この混合には、クロスロータリーミキサー、Ｖミキサー、リボンミキサー、パグミキサーその他の粉体混合手段を用いることができる。混合時間は１０〜２０分程度である。なお、この混合は、アルゴン雰囲気中で行うようにしてもよい。ここで、用いるＡｌ粉末の平均粒径は３５μｍ、Ｂ４Ｃの平均粒径は１０μｍ程度が好ましい。
【００５０】
このようにして得られたＭＡ処理粉末とＡｌ混合粉末Ｙとを混合し、Ａｌ混合粉末Ｚを作製する（ステップＳ１０６）。この混合には、上記クロスロータリーミキサー、Ｖミキサー、リボンミキサー、パグミキサーその他の粉体混合手段を用いることができる。
【００５１】
次に、Ａｌ混合粉末Ｚをラバーケース内に入れて封入し、ＣＩＰによって、常温で全方向から均一に高圧をかけ、粉末を押出しビレットの形状に成形する（ステップＳ１０７）。ＣＩＰの成形条件は、成形圧力を１０００ｋｇ／ｃｍ２〜２０００ｋｇ／ｃｍ２とし、この処理によって粉状体の体積は約２割程度減少する。このように、ＣＩＰによって全方向から均一に圧力を加えることにより、成形密度のばらつきが少ない高密度な成形品を得ることができる。また、ＣＩＰ工程において、予備成形体の質量密度が７５％〜９５％となるように成形する。
【００５２】
また、ＣＩＰに代えて、一軸方向の高圧プレスによって予備成形体を成形することもできる。具体的には、上記混合粉末をプレス機にセットした型内に入れ、５０００ｔｏｎから１００００ｔｏｎの成形荷重をもって予備成形体を成形する。このように極めて高い荷重によって真空中且つ高温でプレスすることにより焼結されて、予備成形体の成形密度が均一となる。得られた焼結体は、ほぼ１００％の焼結密度であり、そのままビレットとして押出し等の熱間加工に供する。
【００５３】
次に、予備成形体を焼結炉内に入れて真空に引き、無加圧状態で焼結する（ステップＳ１０８）。本実施の形態においては、真空焼結時の真空度は１０−１Ｔｏｒｒ程度とし、温度は５５０℃〜６００℃とした。また、焼結温度の保持時間は１時間〜１０時間の間で適宜設定する。ここで、脱気しつつ焼結温度を例えば１００℃ピッチでステップ昇温させる。なお、昇温速度はビレットの寸法によって異なる。例えば、寸法の小さいビレットでは１〜２時間であり、寸法の大きいビレットでは５時間程度である。また、３００℃〜４５０℃では、ガス発生量が多いので、当該温度範囲においては昇温速度を遅くする。
【００５４】
ビレットの加熱には、焼結炉に設けた通常の電気ヒーターを用いる。この真空焼結によって仮に固めた粉末同士が融合して押出用のビレットとなる。また、真空焼結の際には、ＨＩＰやホットプレスのようには加圧しないので、焼結体の質量密度は予備成形時とほとんど変わらず、７５％〜９５％の状態を維持している。さらに、真空焼結によってビレットの酸化が防止され、且つキャニングを省略できるため、缶代が節約できる。また、缶除去のための外削、端面削等の切削工程が不要になるとともに、それに付随する缶封入等の製造工程を省略することができる。
【００５５】
予備成形体の焼結が終了したら、押出機を用いて当該ビレットを熱間押出しする（ステップＳ１０９）。図３は、この押出機の構造を示す説明図である。押出機３０１は、ダイス３０５及びコンテナ３０２と、コンテナ３０２の周囲に設置した誘導加熱用の高周波コイル３０３とを備えている。図３（ｂ）に示すように、ダイス３０５は押出成形される部材の断面形状を有した開口部３０５ｈを備えており、押出されるビレットＶの断面が開口部３０５ｈの形状に成形される。このダイス３０５は、試験片を作製するためのダイスであり、開口部３０５ｈはａ＝ｂ＝１０ｍｍの正方形となっている。高周波コイル３０３にＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：高周波）電流を流すことで、ダイス３０５内のビレットＶを誘導加熱することができる。本発明に係る実施の形態１において、押出条件は加熱温度を５００℃〜５２０℃、押出速度を５ｍ／ｍｉｎとした。なお、この条件は、Ｂの含有量や母材の組成等により適宜変更する。押出機の押出推力は、５０００ｔｏｎ〜６０００ｔｏｎとする。
【００５６】
前記誘導加熱は、ビレットＶに誘導電流を発生させることで加熱するものであるが、加熱対象であるビレットＶは上記真空焼結工程において混合粉末を融合させた状態としているため、誘導電流がビレットＶ全体として発生し効率的な加熱が可能となる。ここで、真空焼結と通常の焼結との比較のため、供試材として、質量２５１０ｇ、寸法φ８９ｍｍ×１７５ｍｍ、体積１１００ｍｍ３、相対密度８５％となる２つの予備成形体をＣＩＰにより作成し、その一方にのみ真空焼結を施し、両者を比較した。その結果、ＣＩＰのみで固めた供試材の電気伝導度は例えば数％であったが、真空焼結を施した供試材は例えば３０％〜５０％となり５倍以上の電気伝導度を示した。
【００５７】
さらに、この供試材を誘導加熱したところ、真空焼結を施した供試材の場合、誘導加熱の昇温プログラム（２００℃／ｍｉｎで５２０℃まで昇温後、一定時間保持）通りに温度上昇し、供試材のエッジ部、中間部の表面及び内部中心における温度のばらつきが少なく、どの位置でも略均一に温度が上昇していることがわかった。一方、ＣＩＰのみで固めた供試材の場合、昇温プログラム通りに昇温できず昇温速度が５０℃／ｍｉｎ程度に留まった。これにより、加熱対象である供試材の電気伝導度の向上は、押出時の誘導加熱時間に関係することがわかった。そして、本発明のように、加熱対象である供試材に真空焼結を施せば、昇温プログラムに追従してその温度を上昇させることができることがわかった。したがって、本発明のように真空焼結を施せば、誘導加熱の効率が飛躍的に高まり、ビレットの押出速度を向上できるという効果を奏する。
【００５８】
コンテナ内で誘導加熱されたビレットＶは、後方からポンチ（図示せず）により押され、ダイス３０５を通過して所定の製品形状に成形される。このとき、ビレットＶの質量密度は７５％〜９５％であるが、押出成形することで押出時に粉末粒子間の空隙がつぶされるため、製品の質量密度が略１００％となる。
【００５９】
押出し成形後の製品は、熱処理をしないで、すなわち、自然時効（ＪＩＳのＴ１処理又はＨ１１２処理）で使用する。このようにすれば、もともと熱処理しないので、高温（２００〜２５０℃）環境下で長時間使用した場合でも、熱処理したときと比較して製品の強度低下を小さく抑えることができる。
【００６０】
（材料の評価）
次に、ＭＡ処理粉末とＡｌ混合粉末Ｙとの混合比率によって、材料の物理的特性がどのように変化するかについて説明する。このとき使用したＡｌ材は、実施の形態１で説明した、Ｓｉ量を制限し、且つ所定量のＭｇを添加したＡｌ材である。具体的には、Ｓｉ量が０．０５質量％で、Ｍｇ量が０．６６質量％のＡｌ材を用いている。試験片が含有するＢ化合物（Ｂ４Ｃ）の割合は５質量％であり、いずれの試験片も熱処理は施していない（Ｔ１処理）。ＭＡの時間は３．７５時間とした。また、試験片は丸棒とし、押出し比は１１とした。
【００６１】
図４は、２５０℃におけるＭＡ処理粉末の混合比率と引張強さとの関係を表した説明図である。また、図５は、−４０℃におけるＭＡ処理粉末の混合比率と横膨出量との関係を表した説明図である。図４からわかるように、ＭＡ処理粉末の割合、すなわちメカニカルアロイングで製造したＡｌ粉末の割合が少なくなるほど２５０℃における引張強さは小さくなる。また、図５からわかるように、ＭＡ処理粉末の割合、すなわちメカニカルアロイングで製造したＡｌ粉末の割合が少なくなるほど−４０℃における横膨出量と衝撃値とは大きくなることがわかる。この結果から、メカニカルアロイングで製造したＭＡ処理粉末とメカニカルアロイングを用いないで製造したＡｌ混合粉末Ｙとを任意の割合で混合すれば、所望の強度、靭性及び延性を持つ放射性物質貯蔵用構造強度材を得ることができる。
【００６２】
図４からわかるように、ＭＡ処理粉末の割合が２５質量％以上のときには２５０℃における引張強さは略６０ＭＰａを超えて実用に供することのできる値となる。また、ＭＡ処理粉末の割合が５０質量％以上のときには、２５０℃における引張強さは略１００ＭＰａを超える。また、図５からわかるように、ＭＡ処理粉末の割合が９５％質量以下の場合には、横膨出量は略０．５ｍｍを超えて、押出し成形に適した延性を有するようになる。
【００６３】
したがって、リサイクル燃料集合体格納用バスケットを構成する角パイプや板状部材を押出し成形する際には、ＭＡ処理粉末の割合を９５質量％以下とすると、高温強度と靭性と延性とのバランスがとれた押出し成形に適したＢ−Ａｌ材を得ることができる。なお、本発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材は、押出し成形及び圧延の両方で成形することができる。これらの結果から、ＭＡ処理粉末の割合が２５質量％以上９５質量％以下であれば、強度と靭性と延性とのバランスのとれた放射性物質貯蔵用構造強度材を得ることができる。また、高価なＭＡ処理粉末の使用量を低減できるので、放射性物質貯蔵用構造強度材の製造コストを低減できる。
【００６４】
ここで、上記試験片の材料であるＳｉ量を低減し、且つＡｌよりも酸素結合力の強い元素を添加したＡｌ材について説明する。なお、試験片が含有するＢ化合物（Ｂ４Ｃ）の割合は５質量％とした。図６は、−４０℃におけるＭｇ量と衝撃値との関係を示す説明図である。また、図７は、−４０℃におけるＭｇ量と横膨出量との関係を示す説明図である。各図には、３回の試験結果を平均した値が示してある。試験データの詳細は表１に示した。
【００６５】
【表１】
【００６６】
図６、図７から、Ｍｇ量が増加するに従い、衝撃値、横膨出量も大きくなることがわかる。そして、そして、Ｍｇの含有量が約０．６６質量パーセントの場合は、押出し成形に必要な横膨張量である約０．５ｍｍをほぼ確保でき、また十分な衝撃値を示す。一方、Ｍｇが０．７９質量パーセントの場合には、衝撃値、横膨出量ともに低下することがわかる。
【００６７】
図８は、−４０℃におけるＳｉ量と衝撃値との関係を示す説明図である。また、図９は、−４０℃におけるＳｉ量と横膨出量との関係を示す説明図である。なお、各図には３回の試験結果を平均した値が示してある。図８から、Ｓｉの含有量を少なくするほど、衝撃値が大きくなることがわかる。また、図９から、Ｓｉの含有量が少なくなると、横膨出量が大きくなる傾向にあるが、Ｓｉの含有量が０．４質量パーセント以下では、押出し成形に必要な横膨張量である約０．５ｍｍをほぼ確保できることがわかる。
【００６８】
図１０は、２５０℃におけるＭｇ量と引張強さとの関係を示す説明図である。また、図１１は、２５０℃におけるＭｇ量と伸びとの関係を示す説明図である。各図には、２回の試験結果を平均した値が示してある。試験データの詳細は表２に示した。ここで、メカニカルアロイングによらない従来のＢ−Ａｌ合金においては、２５０℃における引張り強さは５０ＭＰａ程度である。
【００６９】
【表２】
【００７０】
図１０から、Ｍｇ量が増加すると引張強さは大きくなり、Ｍｇ量が０．６質量％付近で良好な引張強さを示す。一方、Ｍｇ量が０．７９質量％となると、引張強さは低下することがわかる。また、図１１から、伸びはＭｇ量の増加とともに大きくなり、Ｍｇ量が０．６質量％近傍で１０％を超えて、十分な伸びを示すことがわかる。一方、Ｍｇ量が０．７９質量％で伸びが低下していく。このように、Ｍｇ量の増加とともに引張強さは低下するとはいえ、従来のＢ−Ａｌ材と比較すれば、本発明に係るＡｌが母相の放射性物質貯蔵用構造強度材は、２倍以上の引張強さを持つことがわかる。
【００７１】
図１２は、２５０℃におけるＳｉ量と引張強さとの関係を示す説明図である。また、図１３は、２５０℃におけるＳｉ量と伸びとの関係を示す説明図である。なお、各図には、２回の試験結果を平均した値が示してある。図１２から、Ｓｉ量の低下とともに引張強さは大きくなることがわかる。また、図１３から、Ｓｉ量を変化させても、伸びはほとんど変化しないことがわかる。
【００７２】
これらの評価結果から、靭性と高温強度と延性能とをバランスさせるためにはＭｇの含有量は０．４〜０．７質量％が好ましく、さらには０．４９〜０．６６質量％が望ましい。また、Ｓｉ量は少なければ少ないほど好ましく、０．１質量％以下が好適であり、その上限値は約０．４質量％である。これらの範囲を満たすようにＭｇ量とＳｉ量とを調整すれば、靭性及び高温強度に優れ、且つ押出し成形可能なリサイクル燃料貯蔵材を得ることができる。Ｍｇ量及びＳｉ量が上記範囲のＡｌ材は、上述したＭＡ混合粉末とＭＡによらない混合粉末とを所定割合で混合した場合にも、ＭＡ処理粉末の割合が２５質量％〜９５質量％の範囲においては靭性と延性と強度とのバランスのとれた材料となる。
【００７３】
（変形例）
図１４は、実施の形態１の変形例に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法を示すフローチャートである。実施の形態１に係るＡｌ複合粉末の製造においては、メカニカルアロイングで混合したＭＡ処理粉末と、メカニカルアロイングによらないで混合した混合粉末とをそれぞれ別個に用意して、両者を混合してビレット製造用のＡｌ混合粉末を製造した。この変形例においては、メカニカルアロイングで混合したＭＡ処理粉末を用意し、当該ＭＡ処理粉末とＡｌの粉末を、メカニカルアロイングによらない粉体混合手段によって混合する点が異なる。
【００７４】
図１４に示すように、Ａｌの粉末とＢ又はＢ化合物の粉末を準備し（ステップＳ２０１、Ｓ２０２）、両者をメカニカルアロイングによって混合する（ステップＳ２０３）。その後、混合粉末を乾燥させて（ステップＳ２０４）、ＭＡ処理粉末を作製する。次に、ＭＡ処理粉末と、Ａｌの粉末とをメカニカルアロイングによらない粉体混合手段によって混合する（ステップＳ２０５）。当該粉体混合手段は、クロスロータリーミキサー、Ｖミキサー、リボンミキサー、パグミキサー等を使用することができる。なお、このときにＢ又はＢ化合物の粉末を混合させてもよい。
【００７５】
このようにして製造したＡｌ混合粉末をＣＩＰして（ステップＳ２０６）予備成形体を作り、この予備成形体を真空焼結（ステップＳ２０７）した後、押出し成形する（ステップＳ２０８）。このようにすれば、メカニカルアロイングによらない混合粉末を製造すると同時にＡｌ混合粉末を製造できるので、実施の形態２に係る製造方法と比較して、製造工程を１工程省略できる。
【００７６】
また、メカニカルアロイングの時間を短くしたり、メカニカルアロイングに使用するアトライターミリング装置に備えられるアトライターの回転数を低く抑えたりしてもよい。このようにすれば、メカニカルアロイングが中途で終了することになるので、靭性と延性と強度とのバランスがとれた放射性物質貯蔵用構造強度材を得ることができる。具体的には、メカニカルアロイングの時間、アトライターの回転数等のメカニカルアロイングに関するパラメータを単独で、あるいは組み合わせて調整することで、メカニカルアロイングの程度を調整することができる。
【００７７】
（実施の形態２）
実施の形態２においては、本発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材によって、リサイクル燃料集合体を格納するバスケット用の角パイプを製造する例を説明する。図１５は、実施の形態２に係る角パイプを示す断面図である。なお、押出し成形用のビレットを製造するまでの工程は、実施の形態１で説明した工程と同様であるから説明を省略する。
【００７８】
図１６は、角パイプを押出成形するポートホール押出機の押出部における構造を示す説明図である。予備成形体の焼結が終了し、ビレットＶが完成したら、ポートホール押出機を用いて当該ビレットを角パイプの形状に熱間押出しする。この場合の押出条件として、加熱温度を５００℃〜５２０℃、押出速度を５ｍ／ｍｉｎとする。なお、この条件は、Ｂの含有量により適宜変更する。ポートホール押出機の押出力は、５０００ｔｏｎ〜６０００ｔｏｎとする。図１６（ｂ）は、ポートホール押出機のダイス構成を示す断面図である。
【００７９】
ポートホール押出機は、ダイス３０１ａ及びコンテナ３０２と、コンテナ３０２の周囲に設置した誘導加熱用の高周波コイル３０３とを備えている。高周波コイル３０３にＲＦ電流を流すことで、ダイス３０１ａ内のビレットＶを誘導加熱することができる。ダイス３０１ａは雌型３０４と雄型３０５ａとから構成されており、雄型３０５ａのマンドレル３０６を雌型３０４に挿入することで押出形状が四角形のベアリング３０７が形成される。マンドレル３０６は、雄型３０５ａの周囲から延出した４本のブリッジ３０８により支持され、ブリッジ３０８間に４つのポート３０９を形成する。
【００８０】
そして、コンテナ３０２内で誘導加熱されたビレットＶは、後方からポンチ（図示せず）により押され、ブリッジ３０８により一旦４分割されてポート３０９を通過する。続いて、ポート３０９からベアリング３０７に至るまでに再び一体化し、ベアリング３０７によって所定の押出形状をした角パイプ１として押し出される。このとき、ビレットＶの質量密度は７５％〜９５％であるが、押出成形することで角パイプ１の質量密度が、押出時に粉末粒子間の空隙がつぶされるため略１００％となる。
【００８１】
次に、押出成形後、引張矯正を施すとともに、非定常部及び評価部を切断し、製品とする。完成した角パイプ１は、図１５に示すように、その断面内形状は内側長さｌ、板厚ｔの正方形である。ここで、角パイプ１の内側長さｌは、収納されるリサイクル燃料集合体の大きさによって決定されるが、概ね１５０〜２５０ｍｍである。また、板厚ｔは、収納されるリサイクル燃料集合体及び使用するＡｌ母相の放射性物質貯蔵用構造強度材によって適宜決定されるが、概ね６〜１２ｍｍである。なお、上記製造工程のように、ポートホール押出機において誘導加熱する製造方法は、ビレットＶの成形工程と押出工程とが別の場所で行われるか、又は時間をおいて行われる場合に有用である。
【００８２】
また、真空焼結ラインと押出ラインとが連続した製造ラインに配置される場合等のように、真空焼結工程と押出工程とが短時間に行われる場合には、真空焼結時に５５０℃〜６００℃までビレットの温度が上昇しているため、焼結終了後、少なくとも押出温度である５００℃以上となる熱領域でコンテナ内に挿入し、そのまま押出すようにしてもよい。具体的には、真空炉内からビレットＶを取り出し、このビレットＶの温度が上記押出温度以下に下がらないうちに押出機まで搬送する。そして、押出機によって角パイプ１に押出成形する。なお、加熱したビレットＶを空気中にさらしても、短時間であれば酸化による影響をほとんど無視できるので、角パイプ１の性能に影響することはほとんどない。好ましくは、ビレットＶを真空炉から取り出し、１５分以内に押し出すようにすれば、酸化の影響はほとんど問題ない。このようにすれば、誘導加熱によってビレットＶを再加熱する必要がないため、さらに製造工程を簡略化することができる。
【００８３】
この場合も、真空焼結によってビレットＶの酸化が防止され、且つキャニングを省略できるため、缶代が節約でき、缶除去のための切削工程が不要になるとともに、それに付随する缶封入等の製造工程を省略することができる。また、真空焼結時の温度が下がらないような保温チャンバー内に一時的且つ短時間保管し、少なくとも５００℃以上の温度領域でビレットＶを押出機のコンテナ内に移すようにしてもよい。この場合は、真空焼結ラインと押出ラインとが連続している必要はなく、両者の距離が離れていても問題ない。さらに、真空焼結ラインと押出ラインとの距離が小さく、ビレットＶの搬送時間が短ければ、上記同様に真空加熱の熱によって押出成形ができることは言うまでもない。
【００８４】
また、上例では圧縮率が高く、複雑な形状をしたＡｌ等の軟質材の押出しに適したポートホール押出機を用いたが、押出機の種類はこれに限定されない。例えば、固定又は移動マンドレル方式を採用してもよい。また、直接押出しの他、静水圧押出しを行うようにしてもよく、可能な範囲で適宜選択することができる。さらに、生産効率は低いが、上記誘導加熱に代えて、ビレットＶを加熱炉内でバッチ処理するようにしてもよい。
【００８５】
さらに、押出しダイスの形状を変更すれば、同様の製法によって板状部材も製造できる。ＰＷＲ用リサイクル燃料集合体を格納するためのバスケットにおいては、フラックストラップを設ける必要がある。したがって、板状部材を組み合わせてこのようなバスケットを構成する場合には、長手方向に向かう複数の貫通孔を持つ板状部材を押出成形によって製造する必要がある。しかし、ＢＷＲ（Ｂｏｉｌｉｎｇ Ｗａｔｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ：沸騰水型原子炉）用リサイクル燃料集合体を格納するためのバスケットにおいては、必ずしもフラックストラップを設ける必要はなく、この場合には単なる中実の板状部材を組み合わせてバスケットを構成してもよい。この場合には、ビレットＶを圧延することにより、中実の板状部材を製造することもできる。
【００８６】
図１７は、他の構造強度材を示す説明図である。本発明に係るＡｌ材は、リサイクル燃料収納用部材以外にも適用できる。図１７には、本発明に係るＡｌ材を適用できる構造強度部材の一例として、デッキプレート２を示してある。デッキプレート２は、鉄道車両や原子力発電所の作業通路の床材として使用できる。本発明に係るＡｌ材は、メカニカルアロイングによって混合したＡｌ粉末の量を調整することにより、延性を調整できる。したがって、このように、複雑な形状且つ寸法の大きい部材であっても容易に押出し成形できる。また延性と強度とのバランスも調整できるので、延性を維持しつつ強度の高い構造強度部材を得ることができる。
【００８７】
さらに、軸流圧縮機では作動流体が圧縮されるので圧縮機のブレード温度が上昇する。本発明に係るＡｌ材は高温強度に優れるので、図示はしないが、軸流圧縮機のブレードにも好適に使用できる。ここで、本発明に係るＡｌ材をリサイクル燃料収納用部材以外に使用する場合には、必ずしもＢ又はＢ化合物を添加する必要はないが、高強度を要する場合にはこれらを添加してもよい。また、用途に応じて他の元素を添加して、それぞれの用途に適した特性を発揮させるようにしてもよい。さらに、構造強度部材の形状や寸法に応じて、メカニカルアロイングによるＡｌ混合粉末材の量を調整して、延性と強度とのバランスをとることができるので、構造強度部材の種類や仕様に応じて最適な材料を作製することができる。
【００８８】
（実施の形態３）
実施の形態３においては、本発明に係るＡｌ母相の放射性物質貯蔵用構造強度材によってリサイクル燃料集合体を格納するバスケットを構成した例、及びこのバスケット収納したキャスクについて説明する。図１８は、リサイクル燃料集合体を格納するバスケットの一例を示す断面図である。このバスケット１０６においては、角パイプ１内部に横断面形状が略Ｌ字上のエレメント１３７を配置して、リサイクル燃料集合体を格納するセル１１０を構成する。そして、内部にエレメント１３７を配置した角パイプ１を複数組み合わせて、リサイクル燃料集合体を格納するバスケット１０６が構成される。なお、角パイプ１及びエレメント１３７の長手方向は、紙面垂直方向である。
【００８９】
角パイプ１、及びエレメント１３７は、本発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材であるＡｌ材を押出し成形することによって製造される。エレメント１３７の外側面には突起部１３７ｔが設けられており、エレメント１３７が角パイプ１の内部に配置されると、突起部１３７ｔが角パイプ１の内壁面に接する。そして、突起部１３７ｔで区切られる空間がフラックストラップとなる。セル１１０内に格納されるリサイクル燃料集合体から放出される中性子は、角パイプ１及びエレメント１３７に含まれるＢとフラックストラップとによって遮蔽される。このバスケット１０６は、各セル１１０にフラックストラップを備えていることから、ＰＷＲ用リサイクル燃料集合体のような高燃焼度の燃料を収納する用途に適している。
【００９０】
このバスケット１０６は、角パイプ１とエレメント１３７とを組み合わせることにより、フラックストラップを有するセルを構成する。このため、角パイプにフラックストラップを有する角パイプを押出し成形する場合と比較して、押出しダイスの形状が単純化され、また押出し推力も小さくて済むので、容易に製造できる。また、本発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の母材として低Ｓｉ且つ所定のＭｇを含有したＡｌ材を使用すれば、靭性が高く、また高温強度に優れる構造強度材を得ることができる。このような構造強度材は、発熱量の多いＰＷＲ用リサイクル燃料集合体を格納するバスケット１０６に好適であり、バスケット１０６の健全性を向上させることができる。さらに、本発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材は、メカニカルアロイングによるＡｌ混合粉末の量を調整することによって、延性と強度とのバランスを調整することができる。これにより、エレメント１３７のように複雑な形状を持つ部材であっても、容易に押出成形できる。
【００９１】
図１９は、リサイクル燃料集合体を格納するバスケットの他の例を示す一部断面図である。このバスケットにおいては、複数の板状部材３の長辺側端部同士を単に組み合わせるだけでリサイクル燃料集合体を格納するセル１１１を構成する。さらに、セルの外周にはスペーサ４ａ、４ｂを配置して板状部材を支持するとともに、スペーサと板状部材とを単に組み合わせてリサイクル燃料集合体を格納するセル１１１’を構成する。なお、板状部材３及びスペーサ４ａ、４ｂの長手方向は、紙面垂直方向である。
【００９２】
このバスケット１０７は板状部材３やスペーサ４ａ等を組み合わせるだけで構成でき、組合せ部分の接合等は不要なので、短時間で容易にバスケット１０７を組み立てることができる。また、バスケット１０７は板状部材３を組み合わせて構成するため、組合せ部における伝熱性能がやや低下する。ここで、本発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の母材として低Ｓｉ且つ所定のＭｇを含有するＡｌを使用すれば、高温強度に優れるバスケット１０７を製造できる。さらに、本発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材はメカニカルアロイングによるＡｌ混合粉末の量を調整することにより、延性と強度とのバランスがとれた材料を得ることができる。これにより、板状部材３のように複雑な形状を持つ部材であっても、押出ダイスに大きな負荷を与えないで押出成形できる材料を得ることができる。
【００９３】
このように、リサイクル燃料集合体を格納するバスケットは種類があり、リサイクル燃料集合体の種類やキャスクその他の放射性物質格納容器の仕様に応じて、好ましいバスケットを選択する。本発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材は、メカニカルアロイングによるＡｌ混合粉末の量を調整することによって、延性と強度とを調整できる。これによって、それぞれのバスケットを構成する角パイプや板状部材に適した性能を持つ構造強度材を得ることができる。
【００９４】
図２０は、リサイクル燃料集合体を格納するバスケットの他の例を示す説明図である。このバスケット１０８は、貫通孔３１１を有する帯状の板状部材３１０に切込部３１２を設け、板状部材３１０を直交させて交互に積み重ねることで構成されている。これによって、直交する板状部材３１０同士で囲まれる空間が、リサイクル燃料集合体を収納する格子状のセルとなる。
【００９５】
前記貫通孔３１１は、板状部材３１０の長手方向にその断面が日の字になるように形成され、その中央のリブ３１３には、複数の連通孔が形成されている（図示省略）。また、前記貫通孔３１１は、切込部３１２をもって他の板状部材３１０の貫通孔３１１と連通する。さらに、板状部材３１０の長手方向端面には、上下に位置する板状部材３１０の貫通孔３１１同士を連通するための連通孔３１４が設けられている。
【００９６】
また、板状部材３１０の上下端縁には、凹部３１５及び凸部３１６が形成されている。この凹部３１５と凸部３１６によって上下に位置する板状部材３１０同士が位置決めされる（図２０参照）。これによって、セル内に段差が発生するのが防止されるので、リサイクル燃料集合体をセル内へ滑らかに収納することができる。
【００９７】
このバスケット１０８を構成する板状部材３１０を、本発明に係る低Ｓｉ且つ所定のＭｇを含有するＡｌ材で構成すれば、靭性及び高温強度もに優れたバスケット１０８を作ることができる。このようなバスケット１０８は、高燃焼度・短冷却期間のリサイクル燃料集合体を格納するのに適している。また、質量の大きいＰＷＲ用のリサイクル燃料集合体を格納しても十分な高温強度を発揮できるので、バスケット１０８の信頼性を高くできる。さらに、板状部材３１０は横断面が目の字状であるが、本発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材においてはメカニカルアロイングによるＡｌ混合粉末の量を調整することで、延性を向上させることができる。これによって、このような複雑な形状でも容易に押出し成形できる。
【００９８】
図２１は、キャスクの概要を示す説明図である。キャスク２００は、胴本体２０１と、胴本体２０１の外周に取り付けられた伝熱フィン２０７と、伝熱フィン２０７のもう一方の長辺側端部に取り付けられた外筒２０５とで構成される。胴本体２０１は例えば炭素鋼によって製造されており、γ線遮蔽機能を発揮するのに十分な胴厚さを有している。
【００９９】
胴本体２０１には底板（図示せず）が取り付けられるが、この底板は溶接によって筒状の胴本体２０１に取り付けていることができる。また、胴本体２０１の外形に合わせた内部形状を持つコンテナ内に金属ビレットを装入し、胴本体２０１の内形に合わせた外形を持つ穿孔ポンチでこの金属ビレットを熱間拡張成形することによって胴本体２０１と底板とを一体に成形してもよいし、鋳造によって製造してもよい。
【０１００】
胴本体２０１の内部は、リサイクル燃料集合体を格納するバスケットが収納されるキャビティ２０１ｃとなる。このキャビティ２０１ｃには上記バスケットが格納される。このキャビティ２０１ｃの軸方向（図中Ｚで示す方向）に垂直な断面内形状は円形であるが、キャスク２００の仕様に応じ、この他にも八角形や略十字型・階段状等の断面内形状をもつキャビティも使用できる。キャビティ２０１ｃ内にリサイクル燃料集合体を収納した後は、胴本体放射性物質の漏洩を防止するため、一次蓋及び二次蓋（図示せず）によって二重に密封する。密封性能を確保するため、一次蓋及び二次蓋と胴本体２０１との間には金属ガスケットを設けておく（図示省略）。
【０１０１】
胴本体２０１の外周には、板状部材で作られた複数の伝熱フィン２０７が放射状に取り付けられている。この伝熱フィン２０７は、Ａｌ板、銅板等の、熱の良導材料で作られており、胴本体２０１の外周に溶接その他の接合手段によって、接合されている。また、伝熱フィン２０７の外側には、厚さ数ｃｍの炭素鋼で作られた外筒２０５が溶接その他の接合手段によって取り付けられている。キャビティ２０１ｃ内に収納されたリサイクル燃料集合体は崩壊熱を発生するが、胴本体２０１を伝わってきた崩壊熱は、伝熱フィン２０７を介して外筒２０５に伝導された後、外筒２０５の表面から大気中に放出される。
【０１０２】
胴本体２０１と外筒２０５と二枚の伝熱フィン２０７とで囲まれる空間２０９すべてには、中性子を吸収するため、中性子遮蔽機能を有する水素を多く含有する高分子材料であるレジン、ポリウレタン、又はシリコンその他の中性子吸収材料（以下同様）が充填してある。この中性子吸収材料によって、リサイクル燃料集合体から放出される中性子を遮蔽し、キャスク２００の外部へ漏洩する中性子を規制値よりも少なくする。
【０１０３】
キャスク２００は、リサイクル燃料集合体を収納した後、輸送及び貯蔵するために使用される。キャスクを輸送する場合には、キャスクの両端に緩衝体（図示せず）を取り付けて、万一キャスク２００の落下事故等が発生した場合でも、十分な密封性能を確保できるようにする。
【０１０４】
本発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材は、メカニカルアロイングによるＡｌ混合粉末の量を調整することによって、延性と強度とを調整できる。これによって、キャスク２００に収納されるリサイクル燃料集合体の種類あるいはキャスク２００の仕様に応じて、最適なバスケット材を得ることができる。
【０１０５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材（請求項１）では、メカニカルアロイングによるＭＡ処理粉末と、メカニカルアロイングによらないＡｌ粉末とを混合してＡｌ混合粉末を製造し、これを成形・焼結した。また、この発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材（請求項２）では、さらに中性子吸収材の粉末をＭＡ処理粉末とＡｌ粉末とに混合してＡｌ混合粉末を製造し、これを成形・焼結した。また、この発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材（請求項３）では、メカニカルアロイングによるＭＡ処理粉末と、メカニカルアロイングによらない混合粉末とを混合してＡｌ混合粉末を製造し、これを成形・焼結した。
【０１０６】
これにより、ＭＡ処理粉末とＡｌ混合粉末Ｙとの混合比率を変化させることにより、放射性物質貯蔵用構造強度材の強度と靭性とを調整することができる。その結果、リサイクル燃料集合体の種類や、キャスクやキャニスタ等といった放射性物質格納容器の仕様に応じて、最適な強度と靭性とを持った構造強度材を作製することができ、リサイクル燃料集合体を格納するバスケットを設計する際の自由度が向上する。
【０１０７】
また、この発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材（請求項４）では、ＭＡ処理粉末の割合は、全Ａｌ混合粉末の２５質量％以上９５質量％以下とした。この範囲でＭＡ処理粉末の割合を調整すれば、強度と靭性と延性とのバランスのとれた放射性物質貯蔵用構造強度材を得ることができる。
【０１０８】
また、この発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材（請求項５）では、中性子吸収材にはＢ又はＢ化合物を使用するようにしたので、中性子吸収材の入手及び取り扱いが比較的容易である。
【０１０９】
また、この発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材（請求項６）では、Ａｌ母相中において第２相粒子として靭性を低下させるＳｉの含有量を所定量以下に制限したので、靭性の低下を抑制できる。また、Ａｌよりも酸素との結合力が強い元素を含むようにしたので、Ａｌ母相中に当該元素を含む微細粒子が析出して、靭性を維持しつつ、高温強度を発揮できる。さらに、適度にこのような微細粒子が析出しているので押出成形性が悪化せず、押出成形によって所望の形状に成形できる。
【０１１０】
また、この発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材（請求項７）では、Ａｌ中に含まれるＳｉは靭性を上限のＳｉ含有量を、０．４質量％以下としたので、必要十分な靭性を確保できる。
【０１１１】
また、この発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材（請求項８）では、Ａｌよりも酸素との結合力の強い元素として、０．４９〜０．６６質量％のＭｇをＡｌに含有させたので、高温強度を高くできる。
【０１１２】
また、この発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法（請求項９）では、ＭＡ処理粉末とメカニカルアロイングによらないＡｌ及びＢ等の混合粉末とを混合するので、その混合割合によって放射性物質貯蔵部材の強度と靭性とを変化させることができる。これによって、リサイクル燃料を格納するバスケット等の設計の際には自由度が向上する。その結果、リサイクル燃料を格納するバスケット等の設計の際には自由度が向上する。また、当該混合粉末を冷間静水圧成形法により予備成形するので、成形密度のばらつきを少なくできる。そして、予備成形体を無加圧下で真空焼結するので、真空焼結した後に外削などの機械加工をせずに済み、また、ホットプレスのときのような型内に入れてプレスする必要もないので、加工工程を大幅に削減でき、ビレットの製造が容易になる。
【０１１３】
また、この発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法（請求項１０）では、メカニカルアロイングによって製造したＭＡ処理粉末と、Ａｌの粉末とをメカニカルアロイングによらない粉体混合手段で混合するようにした。また、この発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法（請求項１１）では、メカニカルアロイングによらない粉体混合手段で混合する工程で、さらにＢ又はＢ化合物の粉末を加えるようにした。これにより、ＭＡ処理粉末にＡｌ粉末又はＢ等の粉末をメカニカルアロイングによらない粉体混合手段によって混合するだけでＡｌ混合粉末を製造できるので、上記製造方法と比較して製造工程を１工程省略できる。
【０１１４】
また、この発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法（請求項１２）では、上記予備成形体を無加圧状態で真空焼結することにより作製されたビレットを誘導加熱手段により加熱する工程と、誘導加熱したビレットをダイスによって熱間成形する工程とを含むようにした。これにより、質量密度が増加した予備成形体を無加圧下の真空焼結を施すため、予備成形体全体の電気伝導度が向上する。これによって、予備成形体に誘導電流が流れやすくなり、効率的にビレットが加熱できるようになる。その結果、ビレットの押出速度を向上でき、製造効率が向上する。
【０１１５】
また、この発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法（請求項１３）では、上記ＭＡ処理粉末の割合は、全Ａｌ混合粉末の２５質量％以上９５質量％以下とした。この範囲でＭＡ処理粉末の割合を調整すれば、強度と靭性と延性とのバランスのとれた放射性物質貯蔵用構造強度材を製造することができる。
【０１１６】
また、この発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法（請求項１４）では、さらに、上記メカニカルアロイングの時間を０．５時間以上１０時間以下とした。これにより、Ａｌ母相中に含まれるＡｌよりも酸素結合力の強い元素が反応し、強化粒子である微細粒子がＡｌ母相中に析出する。また、一般的なメカニカルアロイングと比較してメカニカルアロイングに要する時間を１／１０程度に短縮できるので、放射性物質貯蔵用構造強度材の生産性を向上させることができる。
【０１１７】
また、この発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の押出し成形用ビレット（請求項１５）では、メカニカルアロイングによるＭＡ処理粉末と、Ａｌ粉末やメカニカルアロイングによらない混合粉末等とを混合し、当該Ａｌ混合粉末を焼結してビレットを製造するようにした。これにより、ＭＡ処理粉末の混合比率を変化させることで、放射性物質貯蔵用構造強度材の強度と靭性と延性とを調整することができる。これにより、リサイクル燃料集合体の種類や、キャスクやキャニスタ等といった放射性物質格納容器の仕様に応じて、最適な強度と靭性とを持った構造強度材を作製することができる。
【０１１８】
この発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の押出し成形用ビレット（請求項１６）では、上記ＭＡ処理粉末の割合は、全Ａｌ混合粉末の２５質量％以上９５質量％以下であることを特徴とした。この範囲でＭＡ処理粉末の割合を調整すれば、強度と靭性と延性とのバランスのとれた放射性物質貯蔵用構造強度材の押出し成形用ビレットを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】この発明の実施の形態１に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法に用いるアトライターミルの構成図である。
【図３】この押出機の構造を示す説明図である。
【図４】２５０℃におけるＭＡ処理粉末の混合比率と引張強さとの関係を表した説明図である。
【図５】−４０℃におけるＭＡ処理粉末の混合比率と横膨出量との関係を表した説明図である。
【図６】−４０℃におけるＭｇ量と衝撃値との関係を示す説明図である。
【図７】−４０℃におけるＭｇ量と横膨出量との関係を示す説明図である。
【図８】−４０℃におけるＳｉ量と衝撃値との関係を示す説明図である。
【図９】−４０℃におけるＳｉ量と横膨出量との関係を示す説明図である。
【図１０】２５０℃におけるＭｇ量と引張強さとの関係を示す説明図である。
【図１１】２５０℃におけるＭｇ量と伸びとの関係を示す説明図である。
【図１２】２５０℃におけるＳｉ量と引張強さとの関係を示す説明図である。
【図１３】２５０℃におけるＳｉ量と伸びとの関係を示す説明図である。
【図１４】実施の形態１の変形例に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法を示すフローチャートである。
【図１５】実施の形態２に係る角パイプを示す断面図である。
【図１６】角パイプを押出成形するポートホール押出機の押出部における構造を示す説明図である。
【図１７】他の構造強度材を示す説明図である。
【図１８】リサイクル燃料集合体を格納するバスケットの一例を示す断面図である。
【図１９】リサイクル燃料集合体を格納するバスケットの他の例を示す一部断面図である。
【図２０】リサイクル燃料集合体を格納するバスケットの他の例を示す説明図である。
【図２１】キャスクの概要を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 角パイプ
２ デッキプレート
３、３１０ 板状部材
３０ アトライターミル
３４ アトライター
４１ ボール
５０ 粉末製造装置
５１ 回転容器
５２ インペラ
２００ キャスク
３０１ａ、３０５ ダイス
３０１ 押出機
３０３ 高周波コイル
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃焼を終えた使用済み核燃料集合体を収容、貯蔵するものに関し、さらに詳しくは、リサイクル燃料集合体を格納するバスケットやラックその他の放射性物質貯蔵用構造物に使用する中性子吸収能を備えた放射性物質貯蔵用構造強度材及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼を終え、核燃料サイクルの終期に至り、使用できなくなった核燃料集合体を、リサイクル燃料という。現在、このリサイクル燃料は、再処理するまで貯蔵施設において貯蔵管理されている。例えば、燃料プールによる貯蔵方式においては、プール内にステンレス製の角パイプを束ねたラックを沈め、この角パイプ内にリサイクル燃料集合体を収容することにより、冷却効果、遮蔽効果、未臨界性などの要求を満たすようにしている。
【０００３】
近年では、ラックを構成する角パイプとして、ステンレス材に中性子吸収材であるボロンを添加したものが使用され始めている。このような角パイプを使用すれば、角パイプの間に配置していた中性子吸収材を省略できるから、角パイプ間の隙間を埋めることができる。このため、プールのピット内に挿入できる角パイプの本数を増加させることができるので、その分、リサイクル燃料集合体の収容数を増加させることができる。
【０００４】
このような角パイプは、キャスク、横型サイロ、プール、ボールド等の各種貯蔵方式に適用することができるが、ラックを構成するにしてもその生産すべき本数が多いので、角パイプを効率的に生産できる技術が要求されている。また、リサイクル燃料集合体から発生する中性子を確実に吸収する必要があるため、角パイプの構造には高い健全性が要求される。
【０００５】
また、角パイプは、リサイクル燃料集合体を貯蔵する際に使用するものであるが、当該角パイプ式のラックの他に板状部材を組み合わせた平板式のラックが知られており、このような平板式のラックにおいても効率的な生産性及び構造の健全性が要求されている。さらに、ＰＷＲ（Ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ Ｗａｔｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ：加圧水型原子炉）用のリサイクル燃料集合体は、その質量が大きいため、これを収容するラックにはより大きな強度が求められる。
【０００６】
これらの角パイプや板状部材のような、放射性物質の貯蔵に用いられる部材の材料としては、中性子吸収材としてＢ（ボロン）又はＢ化合物をＡｌ（アルミニウム）に含有させたＢ−Ａｌ（ボロン−アルミニウム）材が知られている。このようなＢ−Ａｌ材として、特開２００１−４２０８９号公報には、Ａｌの粉末とＢ又はＢ化合物の粉末とを混合させ、所定の形状に成形した後焼結して製造するＡｌ複合材が開示されている。また、特許３２０７８４０号や特許３２０７８４１号には、メカニカルアロイングによってＡｌ粉末とＢ又はＢ化合物の粉末とを混合させることによってＢをＡｌ母相中へ均一に分散させ、且つ強度を向上させたＢ−Ａｌ材が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−４２０８９号公報
【特許文献２】
特許３２０７８４０号
【特許文献３】
特許３２０７８４１号
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、メカニカルアロイングによれば、材料の強度を向上させることはできるが、その反面靭性が低下して押出成形がし難くなってしまう。また、単にＡｌの粉末とＢ又はＢ化合物の粉末とを混合させて成形・焼結したのでは、十分な強度を得ることができない。さらに、リサイクル燃料集合体の種類や、これを収納するキャスクやキャニスタといった放射性物質格納容器の仕様は様々であり、これらの違いに応じて、リサイクル燃料集合体を格納するバスケットの構成部材に要求される性能も異なる。しかし、従来のＢ−Ａｌ材及びその製造方法では、このような種類や仕様の相違に対応することは困難であった。
【０００９】
そこで、この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、強度と靭性とのバランスをとること、リサイクル燃料集合体の種類や放射性物質格納容器の仕様に応じて最適な放射性物質貯蔵用構造強度材を提供することのうち少なくとも１つを達成できる放射性物質貯蔵用構造強度材及びその製造方法、並びに押出成形用ビレットを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１に係る放射性物質貯蔵用構造強度材は、Ａｌの粉末と、Ａｌの粉末及び中性子吸収材の粉末をメカニカルアロイングによって処理したＭＡ処理粉末とを、メカニカルアロイングによらない粉体混合手段によって混合したＡｌ混合粉末を所定の形状に成形して焼結し、熱間成形したことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に係る放射性物質貯蔵用構造強度材は、上記放射性物質貯蔵用構造強度材において、さらに中性子吸収材の粉末を上記ＭＡ処理粉末と上記Ａｌの粉末とに加えて、メカニカルアロイングによらない粉体混合手段によって混合したことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３に係る放射性物質貯蔵用構造強度材は、Ａｌの粉末及び中性子吸収材の粉末をメカニカルアロイングによって処理した所定割合のＭＡ処理粉末に、Ａｌの粉末及び中性子吸収材の粉末をメカニカルアロイングによらない粉体混合手段によって混合した混合粉末を含むＡｌ混合粉末を所定の形状に成形して焼結し、熱間成形したことを特徴とする。
【００１３】
このように、メカニカルアロイングによるＭＡ処理粉末と、メカニカルアロイングによらないＡｌ粉末、又はＡｌ粉末及び中性子吸収材の粉末をメカニカルアロイングによらないで混合した混合粉末とを混合する。これによって、両者の混合比率を変化させることにより、放射性物質貯蔵用構造強度材の強度と靭性と延性とを調整することができる。その結果、リサイクル燃料集合体の種類や、キャスクやキャニスタ等といった放射性物質格納容器の仕様に応じて、最適な強度と靭性とを持った構造強度材を作製することができる。そして、リサイクル燃料集合体を格納するバスケットを設計する際の自由度が向上する。また、この放射性物質貯蔵用構造強度材では、高価なメカニカルアロイングによって製造するＭＡ処理粉末の使用量を抑えることができるので、放射性物質貯蔵用構造強度材の価格を抑えることもできる。
【００１４】
ここで、メカニカルアロイングによらない粉体混合手段とは、クロスロータリーミキサー、Ｖミキサー、リボンミキサー、パグミキサー等の粉体混合手段をいう（以下同様）。また、熱間成形には、熱間押出し、熱間圧延、熱間鍛造その他の熱間成形加工が含まれる（以下同様）。また、本発明にいう放射性物質貯蔵用構造強度材とは、リサイクル燃料集合体を格納するバスケット等を構成するための部材に用いる構造強度材料であり、前記バスケットを構成する部材そのものではない（以下同様）。
【００１５】
また、請求項４に係る放射性物質貯蔵用構造強度材は、上記放射性物質貯蔵用構造強度材において、上記ＭＡ処理粉末の割合は、全Ａｌ混合粉末の２５質量％以上９５質量％以下としたことを特徴とする。この範囲でＭＡ処理粉末の割合を調整すれば、強度と靭性と延性とのバランスのとれた放射性物質貯蔵用構造強度材を得ることができる。
【００１６】
また、請求項５に係る放射性物質貯蔵用構造強度材のように、中性子吸収材にはＢ又はＢ化合物を使用することが好ましい。特に、入手が容易で、且つ安価に入手できる炭化ボロン（Ｂ４Ｃ）を使用すれば、製造コストを低減させることができる。なお、ＢにはＢ１０を濃縮したいわゆる濃縮ボロンも含む。
【００１７】
また、請求項６に係る放射性物質貯蔵用構造強度材は、上記放射性物質貯蔵用構造強度材において、上記Ａｌは、Ｓｉを所定量以下に制限し、且つＡｌよりも酸素結合力の強い元素を含むことを特徴とする。このように、Ｓｉを所定量以下に制限すれば、Ａｌ母相に含まれるＳｉの含有量を所定量以下に制限しているので、靭性の低下を抑制できる。Ｓｉは靭性を低下させるので、その含有量は、少なければ少ないほど好ましく、その上限のＳｉ含有量は、０．４質量％以下が好ましい（請求項７）。第２相粒子として靭性を低下させるＳｉの含有量がこの範囲であれば、必要十分な靭性を確保できる。
【００１８】
また、Ａｌよりも酸素との結合力が強い元素を含むことにより、微細粒子がＡｌ母相中に析出するので、靭性を維持しつつ、高温環境下（２５０℃程度）においては高い強度を発揮できる。さらに、適度に微細粒子が析出しているので押出成形性が悪化せず、押出成形によって所望の形状に成形できる。ここで、Ａｌよりも酸素との結合力の強い元素には、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒがある。前記元素のうち、ＭｇをＡｌに含有させた場合には、その含有量は０．４９〜０．６６質量％とすることが好ましい（請求項８）。Ａｌよりも酸素との結合力が強い元素であるＭｇの含有量がこの範囲であれば、高温強度を高くでき、また、押出成形性も確保できる。
【００１９】
また、請求項９に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法は、メカニカルアロイングによってＡｌとＢ又はＢ化合物とのＭＡ処理粉末を作製し、またメカニカルアロイングによらない粉体混合手段によってＡｌとＢ又はＢ化合物の混合粉末を作製する工程と、前記ＭＡ処理粉末と前記混合粉末とをメカニカルアロイングによらない粉体混合手段で混合してＡｌ混合粉末を作製する工程と、冷間静水圧成形法又は冷間一軸方向加圧により前記Ａｌ混合粉末の予備成形体を成形する工程と、前記予備成形体を無加圧状態で真空焼結する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２０】
このように、ＭＡ処理粉末とメカニカルアロイングによらないＡｌとＢ等の混合粉末とを混合するので、その混合割合によって放射性物質貯蔵用構造強度材の強度と靭性とを変化させることができ、リサイクル燃料を格納するバスケット等の設計の際には自由度が向上する。そして当該混合粉末を冷間静水圧成形法（ＣＩＰ：Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓ）により予備成形するので、成形密度のばらつきを少なくできる。また、予備成形体を無加圧下で真空焼結するので、ＨＩＰ（Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓ）のときのようにキャニングする必要がなく、真空焼結した後に外削などの機械加工をせずに済む。また、ホットプレスのときのような型内に入れてプレスする必要もない。このため、加工工程を大幅に削減でき、ビレットの製造が容易になる。
【００２１】
また、請求項１０に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法のように、メカニカルアロイングによってＡｌとＢ又はＢ化合物とのＭＡ処理粉末を作製する工程と、前記ＭＡ処理粉末と、Ａｌの粉末とをメカニカルアロイングによらない粉体混合手段で混合して、Ａｌ混合粉末を作製する工程と、冷間静水圧成形法又は冷間一軸方向加圧により前記Ａｌ混合粉末の予備成形体を成形する工程と、前記予備成形体を無加圧状態で真空焼結する工程と、を含むようにしてもよい。また、上記ＭＡ処理粉末と上記Ａｌの粉末とをメカニカルアロイングによらない粉体混合手段で混合する工程においては、Ｂ又はＢ化合物の粉末を加えてもよい（請求項１１）。このようにすれば、ＭＡ処理粉末にＡｌ粉末又はＢ等の粉末をメカニカルアロイングによらない粉体混合手段によって混合するだけでＡｌ混合粉末を製造できるので、上記製造方法と比較して、製造工程を１工程省略できる。
【００２２】
また、請求項１２に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法は、上記放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法において、さらに、上記予備成形体を無加圧状態で真空焼結することにより作製されたビレットを誘導加熱手段により加熱する工程と、誘導加熱したビレットをダイスによって熱間成形する工程とを含むことを特徴とする。
【００２３】
この放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法においては、冷間静水圧成形法又は冷間一軸方向加圧により予備成形体を成形することで、予備成形体の質量密度が増加する。この状態で無加圧下の真空焼結を施すため、粉体同士が融着して予備成形体全体で電気伝導度が向上する。これによって、予備成形体に誘導電流が流れやすくなり、効率的にビレットが加熱できるようになる。その結果、ビレットの押出速度を向上でき、製造効率が向上する。
【００２４】
また、請求項１３に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法は、上記放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法において、さらに、上記ＭＡ処理粉末の割合は、全Ａｌ混合粉末の２５質量％以上９５質量％以下であることを特徴とする。この範囲でＭＡ処理粉末の割合を調整すれば、強度と靭性と延性とのバランスのとれた放射性物質貯蔵用構造強度材を製造することができる。
【００２５】
また、請求項１４に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法は、上記放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法において、さらに、上記メカニカルアロイングの時間を０．５時間以上１０時間以下とすることを特徴とする。このようにすれば、Ａｌ母相中に含まれるＡｌよりも酸素結合力の強い元素が反応し、強化粒子である微細粒子がＡｌ母相中に析出する。また、一般的なメカニカルアロイングでは、材料自体を変える必要があるが、この放射性物質貯蔵用構造強度材においては微細粒子をＡｌ中に析出させればよい。このため、メカニカルアロイングに要する時間を１／１０程度に短縮でき、生産性を向上させることができる。
【００２６】
また、請求項１５に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の押出し成形用ビレットは、中性子吸収材の粉末とＡｌの粉末とをメカニカルアロイングによって混合したＭＡ処理粉末と、Ａｌの粉末又は中性子吸収材の粉末又はＡｌの粉末と中性子吸収材の粉末とをメカニカルアロイングによらない粉体混合手段によって混合した混合粉末のうち少なくとも一つとからなるＡｌ混合粉末を所定の形状に成形して焼結したことを特徴とする。
【００２７】
このように、メカニカルアロイングによるＭＡ処理粉末と、Ａｌ粉末やメカニカルアロイングによらない混合粉末等とを混合し、当該Ａｌ混合粉末を焼結してビレットを製造する。これにより、ＭＡ処理粉末の混合比率を変化させることで、放射性物質貯蔵用構造強度材の強度と靭性と延性とを調整することができる。これにより、リサイクル燃料集合体の種類や、キャスクやキャニスタ等といった放射性物質格納容器の仕様に応じて、最適な強度と靭性とを持った構造強度材を作製することができる。その結果、リサイクル燃料集合体を格納するバスケットを設計する際の自由度が向上する。
【００２８】
また、請求項１６に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の押出し成形用ビレットは、上記放射性物質貯蔵用構造強度材の押出し成形用ビレットにおいて、さらに、上記ＭＡ処理粉末の割合は、全Ａｌ混合粉末の２５質量％以上９５質量％以下であることを特徴とする。この範囲でＭＡ処理粉末の割合を調整すれば、強度と靭性と延性とのバランスのとれた放射性物質貯蔵用構造強度材の押出し成形用ビレットを得ることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００３０】
（実施の形態１）
本発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材は、メカニカルアロイングによってＡｌ粉末及び中性子吸収材の粉末を混合したＭＡ処理粉末と、メカニカルアロイングによらない通常の粉体混合手段によってＡｌ粉末及び中性子吸収材の粉末とを混合して製造したＡｌ混合粉末Ｙとを所定の割合で混合したＡｌ混合粉末Ｚによって、リサイクル燃料格納用バスケットの構造強度部材やその他の構造強度材を製造する点に特徴がある。
【００３１】
本発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材は、リサイクル燃料集合体を格納するバスケットの構成部材等に使用される。このようなバスケットは、隣り合うリサイクル燃料集合体が臨界に達することを防止する機能が求められる。このため、本発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材には、中性子吸収能を有するボロンＢ又はＢ化合物の粉末を中性子吸収材としてＡｌに添加したＡｌ複合材により構成されている。なお、本発明にいうＡｌは純Ａｌ及びＡｌ合金の両方を含む概念である。
【００３２】
ここで、天然Ｂには中性子の吸収に寄与するＢ１０と中性子の吸収には寄与しないＢ１１がある。したがって、中性子吸収能を有するＢ１０を濃縮した濃縮Ｂを使用すると、同じＢの添加量であれば天然ボロンをそのまま使用した場合と比較してＢ１０が多くなる分だけ中性子吸収能を高くできる。したがって濃縮Ｂを使用すると、同じ中性子吸収能であれば、天然Ｂをそのまま使用した場合よりも薄い肉厚の板状部材で済む。このため、濃縮Ｂを使用するとより薄い板厚で同じ中性子吸収能を持たせることができるので、リサイクル燃料集合体格納用バスケットを軽量化したい場合は濃縮Ｂを使用することが好ましい。一方、天然ＢやＢ４Ｃをそのまま使用した場合と同じ量の濃縮Ｂを添加すればそれだけ中性子吸収能を高くできるので、燃焼度の高いリサイクル燃料集合体を格納する場合でも臨界に対する安全性を十分に確保できる。
【００３３】
Ｂ化合物には、Ｂ４Ｃ、Ｂ２Ｏ３などを用いることができる。ここで、Ａｌに対するＢの添加量は、１．５質量％以上、９質量％以下とするのが好ましい。１．５質量％以下では十分な中性子吸収能が得られず、９質量％より多くなると引っ張りに対する延びが低下するためである。そして、より好ましい機械的性質を得るためには、Ａｌに対するＢの添加量は、１．５質量％以上、７質量％以下とするのが好ましい。なお、濃縮Ｂを使用すれば、加工性を損なわずにより多くのＢ１０を添加できることは言うまでもない。
【００３４】
中性子吸収材には、Ｂの他にカドミウムＣｄ、ハフニウムＨｆ、あるいは希土類元素等の中性子吸収断面積が大きなものを用いることができる。Ｂを分散形材料として用いる場合は、加工しやすくするため７質量％以下にするのが好ましい。また、Ａｇ−Ｉｎ−Ｃｄ合金の組成は、Ｉｎを１５質量％、Ｃｄを５質量％にするのが一般的である。希土類元素には、ユーロピウム、ディスプロシウム、サマリウム、ガドリニウムなどの酸化物を用いることができる。
【００３５】
図１は、この発明の実施の形態１に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法を示すフローチャートである。本発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法は、（１）Ａｌ粉末と中性子吸収材粉末とをメカニカルアロイング及びメカニカルアロイングによらない粉体混合手段により混合する工程、（２）混合された粉末を加圧して予備成形体を成形する工程、（３）この予備成形体を無加圧状態で真空焼結する工程とを含む。
【００３６】
まず、エアアトマイズ法、ガスアトマイズ法等のアトマイズ法、単ロール法、双ロール法等の急冷凝固法によりＡｌ粉末を作製し（ステップＳ１０１）、同時にＢ又はＢ化合物の粉末を用意する（ステップＳ１０２）。なお、ステップＳ１０１とステップＳ１０２とは、いずれが先であっても構わない。
【００３７】
前記Ａｌ粉末を作製するために使用するＡｌは、Ｓｉの含有量を所定量以下に抑え、且つ所定量のＡｌよりも酸素結合力の高い元素（Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ等）を固溶したＡｌを使用する。このようなＡｌを使用することにより、後述するメカニカルアロイングによって、Ａｌ母相中に微細粒子を析出させて靭性と高温強度とを両立しやすくなる。また、Ｍｇの代わりに、ＴｉやＺｒ等といったＡｌよりも酸素結合力が強い元素も使用できる。さらに、このようなＡｌよりも酸素結合力が強い元素を単体又は２種以上組み合わせてＡｌ母相中に固溶させてもよい。
【００３８】
なお、本発明に係るＡｌ母相の放射性物質貯蔵用構造強度材は、Ｓｉ量を所定量以下とし、さらに、Ａｌよりも酸素結合力の高い元素を所定量以上固溶していればよい。したがって、さらに強度や靭性を付与する目的で他の元素を添加することもできる。この目的のために、例えば、工業規格等に規定された所定のＡｌ合金（例えばＪＩＳ−５０００系やＪＩＳ−６０００系のＡｌ合金）の組成を調整し、所定以下のＳｉ量で、且つＡｌよりも酸素結合力の高い元素を所定量以上固溶させたものを使用してもよい。
【００３９】
次の工程では、メカニカルアロイング（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｌｌｏｙｉｎｇ：ＭＡ）により上記Ａｌ粉末とＢ又は化合物の粉末とを混合し、Ａｌ母相中にＢをすり込む（ステップＳ１０３）。本実施の形態のおいては、中性子吸収材としてＢ４Ｃを使用するが、Ｂ４Ｃ粒子の平均粒径が大きいと放射性物質貯蔵用構造強度材の強度が低くなり、その一方、Ｂ４Ｃの平均粒径を小さくするとＢ４Ｃ同士が凝集して偏析するため、中性子吸収能の低下や加工性の悪化が生じてしまう。そこで、本発明においては高エネルギーボールミリングによるメカニカル・アロイングを用いることで、Ｂ４Ｃ粉末の微細化及び均一分散化を図り、且つ材料の強度を向上させる。実施の形態１においては、高エネルギーボールミリングにアトライターミルを使用するが、これに代えて、一般的な転動ミル、揺動ミルあるいはジェットミルを使用することもできる。
【００４０】
なお、Ａｌ母相にＭｇやＴｉのようなＡｌよりも酸素結合力の強い元素を固溶させると、メカニカルアロイング中にこれらの元素がＡｌ等と反応することによって、Ａｌ母相中に微細粒子が析出する。この微細粒子は、高温強度を向上させるために有用であり、メカニカルアロイングの時間を調整することにより、好適にこの微細粒子をＡｌ母相中に析出させることができる。
【００４１】
Ａｌ母相中に析出する微細粒子は、例えばＭｇＡｌ２Ｏ４があり、その粒径は１ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。このような微細粒子をＡｌ母相中に析出させるためには、メカニカルアロイングにより高いエネルギーをＡｌ粉末に与えて上記Ａｌ粉末を混合することによりＡｌの新成面を作り出し、この新成面でＡｌ母相中に固溶しているＡｌよりも酸素結合力の強い元素（例えばＭｇやＴｉ）を反応させる。そして、このＭｇを核として微細粒子をＡｌ母相中に析出させる必要がある。
【００４２】
図２は、この発明の実施の形態１に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法に用いるアトライターミルの構成図である。アトライターミル３０は、Ａｌ粉末とＢ粉末等を混合するための容器３１を備えている。また、容器３１の壁内にはウォータージャケット３２が形成されている。メカニカルアロイング中にはＡｌ粉末等の材料が高温となるので、ウォータージャケット３２内にはポンプなどの給水器３３から適量の冷却水を供給して、材料の焼付きを防止する。
【００４３】
アトライター３４は、上方に配置した駆動モータ３５と減速機３６を介して結合している。容器３１の上面には、容器３１中を不活性ガスであるアルゴン（Ａｒ）雰囲気にするため、流入口３７及び流出口３８が設けられている。流入口３７にはアルゴンガスのガスボンベ３９が接続され、流出口３８にはホース４０を接続して水中に入れ、大気の逆流を防止する。また、このボールミリングに使用するボール４１には、アルミナボールや炭素鋼ベースの軸受鋼（ＳＵＪ−２）を使用することができる。
【００４４】
ボールミリングの過程において、投入したＡｌはボール４１の衝撃を受けることによってつぶされ、且つ折りたたまれ、扁平形状になる。このため、Ａｌの外径は一面方向に広がって８０μｍ程度になる。この時、Ａｌがボール４１によってつぶされる際には、Ａｌの新成面が出現する。そして、Ａｌ母相中に固溶するＡｌよりも酸素との結合力が強い元素がこの新成面に現れて、当該元素を核として微細粒子が生成され、この微細粒子がＡｌ母相中に析出する。また、ボールミリングにおいては、Ａｌ粉末は常に高エネルギーボールによっておしつぶされるので、常に新しい新成面が生まれる。これによって、Ａｌ母相中には均一に微細粒子が析出して、焼結・押出成形後の機械的性質を向上させる。
【００４５】
一方、Ｂ４Ｃ粉末は、ボールミリングによって破砕され、その粒径が０．５μｍ〜１．０μｍ程度まで微細化されるとともに、Ａｌ母相中に均一にすり込まれてゆく。このように、メカニカルアロイングを使用すれば、微細粒子を均一に析出させられるだけでなく、さらに、高い硬度を有するＢ４Ｃ粉末の凝集を抑制して、当該粉末を微細且つ均一にＡｌ母相中に分散させることができる。それによってＢ４Ｃ粉末の凝集を防止できるので、押出性を向上することができる。このため、押出用のダイスの磨耗低減にも効果がある。さらに、Ｂ４Ｃ粉末を微細化してＡｌ母相中に分散させるので強度も高くなり、質量が大きいリサイクル燃料集合体を格納するバスケットの構成部材として特に有用である。
【００４６】
なお、ボールミリングの過程で、ボール４１同士の衝突により当該ボール４１が磨耗してその成分が不純物として混入することがある。そこで、ボール４１の成分に予め不純物として添加する元素を含めておき、ボールミリングの過程で当該元素を添加するようにしてもよい。この元素としては、例えば、ＴｉやＺｒ等を挙げることができる。
【００４７】
次に、実際に本発明に係るリサイクル燃料収納部材用のＡｌ複合粉末を製造する場合の条件を説明する。前記容器３１内に入れるボール４１にはＡｌ２Ｏ３ボールを使用し、その量は９．３ｋｇ、当該ボール４１の径は０．４インチとした。アトライター３４の回転数は３００ｒｐｍとし、さらに、０．５リットル／ｍｉｎのアルゴンを連続的に流して容器３１内を不活性ガス雰囲気とした。また、ボールミリングの前に、その助剤として粉末１ｋｇに対して１５〜２０ｃｃのエタノールあるいはメタノール等の有機溶剤を投入した。前記容器３１内に投入する粉末の量は、０．６〜１．０ｋｇとした。このうち、Ｂ４Ｃの投入量は０．０３〜０．０５ｋｇ（５質量％）とした。また、使用するＡｌ粉末は、平均粒径が１００μｍのものを用い、Ｂ４Ｃ粉末は、平均粒径が１０μｍのものを用いた。
【００４８】
ボールミリングの時間は２時間から４時間の範囲で適宜選択するようにした。ここで、ボールミリングの時間は、エネルギーの高いボールを使用する場合は短く、また、比較的エネルギーの低いボールを使用する場合は相対的に長くなる。本発明においては、Ａｌ粉末中におけるＡｌよりも酸素と結合力の高い元素とＡｌとを反応させて、Ａｌ母相中に微細粒子を析出させるだけの時間ボールミリングを継続すればよく、通常のメカニカルアロイングのように材料自体を変化させる必要はない。使用するボールやミルの種類にもよるが、本発明におけるボールミリングの時間は０．５〜１０時間である。このように、数１０〜数１００時間を要する通常のメカニカルアロイングと比較して１／１０以下の時間でメカニカルアロイング工程が終了するので、製造工程を短縮でき経済的である。メカニカルアロイング工程が終了したら、混合粉末を容器３１から取り出し、所定の温度で所定の時間、混合粉末を乾燥させる（ステップＳ１０４）。これは、余分な助剤を揮発させるためである。
【００４９】
次に、メカニカルアロイングによらない通常の粉体混合手段で、アトマイズ法等の急冷凝固法により製造したＡｌの粉末とＢ又はＢ化合物の粉末とを混合し、Ａｌ混合粉末（以下Ａｌ混合粉末Ｙ）を作製する（ステップＳ１０５）。この混合には、クロスロータリーミキサー、Ｖミキサー、リボンミキサー、パグミキサーその他の粉体混合手段を用いることができる。混合時間は１０〜２０分程度である。なお、この混合は、アルゴン雰囲気中で行うようにしてもよい。ここで、用いるＡｌ粉末の平均粒径は３５μｍ、Ｂ４Ｃの平均粒径は１０μｍ程度が好ましい。
【００５０】
このようにして得られたＭＡ処理粉末とＡｌ混合粉末Ｙとを混合し、Ａｌ混合粉末Ｚを作製する（ステップＳ１０６）。この混合には、上記クロスロータリーミキサー、Ｖミキサー、リボンミキサー、パグミキサーその他の粉体混合手段を用いることができる。
【００５１】
次に、Ａｌ混合粉末Ｚをラバーケース内に入れて封入し、ＣＩＰによって、常温で全方向から均一に高圧をかけ、粉末を押出しビレットの形状に成形する（ステップＳ１０７）。ＣＩＰの成形条件は、成形圧力を１０００ｋｇ／ｃｍ２〜２０００ｋｇ／ｃｍ２とし、この処理によって粉状体の体積は約２割程度減少する。このように、ＣＩＰによって全方向から均一に圧力を加えることにより、成形密度のばらつきが少ない高密度な成形品を得ることができる。また、ＣＩＰ工程において、予備成形体の質量密度が７５％〜９５％となるように成形する。
【００５２】
また、ＣＩＰに代えて、一軸方向の高圧プレスによって予備成形体を成形することもできる。具体的には、上記混合粉末をプレス機にセットした型内に入れ、５０００ｔｏｎから１００００ｔｏｎの成形荷重をもって予備成形体を成形する。このように極めて高い荷重によって真空中且つ高温でプレスすることにより焼結されて、予備成形体の成形密度が均一となる。得られた焼結体は、ほぼ１００％の焼結密度であり、そのままビレットとして押出し等の熱間加工に供する。
【００５３】
次に、予備成形体を焼結炉内に入れて真空に引き、無加圧状態で焼結する（ステップＳ１０８）。本実施の形態においては、真空焼結時の真空度は１０−１Ｔｏｒｒ程度とし、温度は５５０℃〜６００℃とした。また、焼結温度の保持時間は１時間〜１０時間の間で適宜設定する。ここで、脱気しつつ焼結温度を例えば１００℃ピッチでステップ昇温させる。なお、昇温速度はビレットの寸法によって異なる。例えば、寸法の小さいビレットでは１〜２時間であり、寸法の大きいビレットでは５時間程度である。また、３００℃〜４５０℃では、ガス発生量が多いので、当該温度範囲においては昇温速度を遅くする。
【００５４】
ビレットの加熱には、焼結炉に設けた通常の電気ヒーターを用いる。この真空焼結によって仮に固めた粉末同士が融合して押出用のビレットとなる。また、真空焼結の際には、ＨＩＰやホットプレスのようには加圧しないので、焼結体の質量密度は予備成形時とほとんど変わらず、７５％〜９５％の状態を維持している。さらに、真空焼結によってビレットの酸化が防止され、且つキャニングを省略できるため、缶代が節約できる。また、缶除去のための外削、端面削等の切削工程が不要になるとともに、それに付随する缶封入等の製造工程を省略することができる。
【００５５】
予備成形体の焼結が終了したら、押出機を用いて当該ビレットを熱間押出しする（ステップＳ１０９）。図３は、この押出機の構造を示す説明図である。押出機３０１は、ダイス３０５及びコンテナ３０２と、コンテナ３０２の周囲に設置した誘導加熱用の高周波コイル３０３とを備えている。図３（ｂ）に示すように、ダイス３０５は押出成形される部材の断面形状を有した開口部３０５ｈを備えており、押出されるビレットＶの断面が開口部３０５ｈの形状に成形される。このダイス３０５は、試験片を作製するためのダイスであり、開口部３０５ｈはａ＝ｂ＝１０ｍｍの正方形となっている。高周波コイル３０３にＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：高周波）電流を流すことで、ダイス３０５内のビレットＶを誘導加熱することができる。本発明に係る実施の形態１において、押出条件は加熱温度を５００℃〜５２０℃、押出速度を５ｍ／ｍｉｎとした。なお、この条件は、Ｂの含有量や母材の組成等により適宜変更する。押出機の押出推力は、５０００ｔｏｎ〜６０００ｔｏｎとする。
【００５６】
前記誘導加熱は、ビレットＶに誘導電流を発生させることで加熱するものであるが、加熱対象であるビレットＶは上記真空焼結工程において混合粉末を融合させた状態としているため、誘導電流がビレットＶ全体として発生し効率的な加熱が可能となる。ここで、真空焼結と通常の焼結との比較のため、供試材として、質量２５１０ｇ、寸法φ８９ｍｍ×１７５ｍｍ、体積１１００ｍｍ３、相対密度８５％となる２つの予備成形体をＣＩＰにより作成し、その一方にのみ真空焼結を施し、両者を比較した。その結果、ＣＩＰのみで固めた供試材の電気伝導度は例えば数％であったが、真空焼結を施した供試材は例えば３０％〜５０％となり５倍以上の電気伝導度を示した。
【００５７】
さらに、この供試材を誘導加熱したところ、真空焼結を施した供試材の場合、誘導加熱の昇温プログラム（２００℃／ｍｉｎで５２０℃まで昇温後、一定時間保持）通りに温度上昇し、供試材のエッジ部、中間部の表面及び内部中心における温度のばらつきが少なく、どの位置でも略均一に温度が上昇していることがわかった。一方、ＣＩＰのみで固めた供試材の場合、昇温プログラム通りに昇温できず昇温速度が５０℃／ｍｉｎ程度に留まった。これにより、加熱対象である供試材の電気伝導度の向上は、押出時の誘導加熱時間に関係することがわかった。そして、本発明のように、加熱対象である供試材に真空焼結を施せば、昇温プログラムに追従してその温度を上昇させることができることがわかった。したがって、本発明のように真空焼結を施せば、誘導加熱の効率が飛躍的に高まり、ビレットの押出速度を向上できるという効果を奏する。
【００５８】
コンテナ内で誘導加熱されたビレットＶは、後方からポンチ（図示せず）により押され、ダイス３０５を通過して所定の製品形状に成形される。このとき、ビレットＶの質量密度は７５％〜９５％であるが、押出成形することで押出時に粉末粒子間の空隙がつぶされるため、製品の質量密度が略１００％となる。
【００５９】
押出し成形後の製品は、熱処理をしないで、すなわち、自然時効（ＪＩＳのＴ１処理又はＨ１１２処理）で使用する。このようにすれば、もともと熱処理しないので、高温（２００〜２５０℃）環境下で長時間使用した場合でも、熱処理したときと比較して製品の強度低下を小さく抑えることができる。
【００６０】
（材料の評価）
次に、ＭＡ処理粉末とＡｌ混合粉末Ｙとの混合比率によって、材料の物理的特性がどのように変化するかについて説明する。このとき使用したＡｌ材は、実施の形態１で説明した、Ｓｉ量を制限し、且つ所定量のＭｇを添加したＡｌ材である。具体的には、Ｓｉ量が０．０５質量％で、Ｍｇ量が０．６６質量％のＡｌ材を用いている。試験片が含有するＢ化合物（Ｂ４Ｃ）の割合は５質量％であり、いずれの試験片も熱処理は施していない（Ｔ１処理）。ＭＡの時間は３．７５時間とした。また、試験片は丸棒とし、押出し比は１１とした。
【００６１】
図４は、２５０℃におけるＭＡ処理粉末の混合比率と引張強さとの関係を表した説明図である。また、図５は、−４０℃におけるＭＡ処理粉末の混合比率と横膨出量との関係を表した説明図である。図４からわかるように、ＭＡ処理粉末の割合、すなわちメカニカルアロイングで製造したＡｌ粉末の割合が少なくなるほど２５０℃における引張強さは小さくなる。また、図５からわかるように、ＭＡ処理粉末の割合、すなわちメカニカルアロイングで製造したＡｌ粉末の割合が少なくなるほど−４０℃における横膨出量と衝撃値とは大きくなることがわかる。この結果から、メカニカルアロイングで製造したＭＡ処理粉末とメカニカルアロイングを用いないで製造したＡｌ混合粉末Ｙとを任意の割合で混合すれば、所望の強度、靭性及び延性を持つ放射性物質貯蔵用構造強度材を得ることができる。
【００６２】
図４からわかるように、ＭＡ処理粉末の割合が２５質量％以上のときには２５０℃における引張強さは略６０ＭＰａを超えて実用に供することのできる値となる。また、ＭＡ処理粉末の割合が５０質量％以上のときには、２５０℃における引張強さは略１００ＭＰａを超える。また、図５からわかるように、ＭＡ処理粉末の割合が９５％質量以下の場合には、横膨出量は略０．５ｍｍを超えて、押出し成形に適した延性を有するようになる。
【００６３】
したがって、リサイクル燃料集合体格納用バスケットを構成する角パイプや板状部材を押出し成形する際には、ＭＡ処理粉末の割合を９５質量％以下とすると、高温強度と靭性と延性とのバランスがとれた押出し成形に適したＢ−Ａｌ材を得ることができる。なお、本発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材は、押出し成形及び圧延の両方で成形することができる。これらの結果から、ＭＡ処理粉末の割合が２５質量％以上９５質量％以下であれば、強度と靭性と延性とのバランスのとれた放射性物質貯蔵用構造強度材を得ることができる。また、高価なＭＡ処理粉末の使用量を低減できるので、放射性物質貯蔵用構造強度材の製造コストを低減できる。
【００６４】
ここで、上記試験片の材料であるＳｉ量を低減し、且つＡｌよりも酸素結合力の強い元素を添加したＡｌ材について説明する。なお、試験片が含有するＢ化合物（Ｂ４Ｃ）の割合は５質量％とした。図６は、−４０℃におけるＭｇ量と衝撃値との関係を示す説明図である。また、図７は、−４０℃におけるＭｇ量と横膨出量との関係を示す説明図である。各図には、３回の試験結果を平均した値が示してある。試験データの詳細は表１に示した。
【００６５】
【表１】
図６、図７から、Ｍｇ量が増加するに従い、衝撃値、横膨出量も大きくなることがわかる。そして、そして、Ｍｇの含有量が約０．６６質量パーセントの場合は、押出し成形に必要な横膨張量である約０．５ｍｍをほぼ確保でき、また十分な衝撃値を示す。一方、Ｍｇが０．７９質量パーセントの場合には、衝撃値、横膨出量ともに低下することがわかる。
【００６７】
図８は、−４０℃におけるＳｉ量と衝撃値との関係を示す説明図である。また、図９は、−４０℃におけるＳｉ量と横膨出量との関係を示す説明図である。なお、各図には３回の試験結果を平均した値が示してある。図８から、Ｓｉの含有量を少なくするほど、衝撃値が大きくなることがわかる。また、図９から、Ｓｉの含有量が少なくなると、横膨出量が大きくなる傾向にあるが、Ｓｉの含有量が０．４質量パーセント以下では、押出し成形に必要な横膨張量である約０．５ｍｍをほぼ確保できることがわかる。
【００６８】
図１０は、２５０℃におけるＭｇ量と引張強さとの関係を示す説明図である。また、図１１は、２５０℃におけるＭｇ量と伸びとの関係を示す説明図である。各図には、２回の試験結果を平均した値が示してある。試験データの詳細は表２に示した。ここで、メカニカルアロイングによらない従来のＢ−Ａｌ合金においては、２５０℃における引張り強さは５０ＭＰａ程度である。
【００６９】
【表２】
図１０から、Ｍｇ量が増加すると引張強さは大きくなり、Ｍｇ量が０．６質量％付近で良好な引張強さを示す。一方、Ｍｇ量が０．７９質量％となると、引張強さは低下することがわかる。また、図１１から、伸びはＭｇ量の増加とともに大きくなり、Ｍｇ量が０．６質量％近傍で１０％を超えて、十分な伸びを示すことがわかる。一方、Ｍｇ量が０．７９質量％で伸びが低下していく。このように、Ｍｇ量の増加とともに引張強さは低下するとはいえ、従来のＢ−Ａｌ材と比較すれば、本発明に係るＡｌが母相の放射性物質貯蔵用構造強度材は、２倍以上の引張強さを持つことがわかる。
【００７１】
図１２は、２５０℃におけるＳｉ量と引張強さとの関係を示す説明図である。また、図１３は、２５０℃におけるＳｉ量と伸びとの関係を示す説明図である。なお、各図には、２回の試験結果を平均した値が示してある。図１２から、Ｓｉ量の低下とともに引張強さは大きくなることがわかる。また、図１３から、Ｓｉ量を変化させても、伸びはほとんど変化しないことがわかる。
【００７２】
これらの評価結果から、靭性と高温強度と延性能とをバランスさせるためにはＭｇの含有量は０．４〜０．７質量％が好ましく、さらには０．４９〜０．６６質量％が望ましい。また、Ｓｉ量は少なければ少ないほど好ましく、０．１質量％以下が好適であり、その上限値は約０．４質量％である。これらの範囲を満たすようにＭｇ量とＳｉ量とを調整すれば、靭性及び高温強度に優れ、且つ押出し成形可能なリサイクル燃料貯蔵材を得ることができる。Ｍｇ量及びＳｉ量が上記範囲のＡｌ材は、上述したＭＡ混合粉末とＭＡによらない混合粉末とを所定割合で混合した場合にも、ＭＡ処理粉末の割合が２５質量％〜９５質量％の範囲においては靭性と延性と強度とのバランスのとれた材料となる。
【００７３】
（変形例）
図１４は、実施の形態１の変形例に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法を示すフローチャートである。実施の形態１に係るＡｌ複合粉末の製造においては、メカニカルアロイングで混合したＭＡ処理粉末と、メカニカルアロイングによらないで混合した混合粉末とをそれぞれ別個に用意して、両者を混合してビレット製造用のＡｌ混合粉末を製造した。この変形例においては、メカニカルアロイングで混合したＭＡ処理粉末を用意し、当該ＭＡ処理粉末とＡｌの粉末を、メカニカルアロイングによらない粉体混合手段によって混合する点が異なる。
【００７４】
図１４に示すように、Ａｌの粉末とＢ又はＢ化合物の粉末を準備し（ステップＳ２０１、Ｓ２０２）、両者をメカニカルアロイングによって混合する（ステップＳ２０３）。その後、混合粉末を乾燥させて（ステップＳ２０４）、ＭＡ処理粉末を作製する。次に、ＭＡ処理粉末と、Ａｌの粉末とをメカニカルアロイングによらない粉体混合手段によって混合する（ステップＳ２０５）。当該粉体混合手段は、クロスロータリーミキサー、Ｖミキサー、リボンミキサー、パグミキサー等を使用することができる。なお、このときにＢ又はＢ化合物の粉末を混合させてもよい。
【００７５】
このようにして製造したＡｌ混合粉末をＣＩＰして（ステップＳ２０６）予備成形体を作り、この予備成形体を真空焼結（ステップＳ２０７）した後、押出し成形する（ステップＳ２０８）。このようにすれば、メカニカルアロイングによらない混合粉末を製造すると同時にＡｌ混合粉末を製造できるので、実施の形態２に係る製造方法と比較して、製造工程を１工程省略できる。
【００７６】
また、メカニカルアロイングの時間を短くしたり、メカニカルアロイングに使用するアトライターミリング装置に備えられるアトライターの回転数を低く抑えたりしてもよい。このようにすれば、メカニカルアロイングが中途で終了することになるので、靭性と延性と強度とのバランスがとれた放射性物質貯蔵用構造強度材を得ることができる。具体的には、メカニカルアロイングの時間、アトライターの回転数等のメカニカルアロイングに関するパラメータを単独で、あるいは組み合わせて調整することで、メカニカルアロイングの程度を調整することができる。
【００７７】
（実施の形態２）
実施の形態２においては、本発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材によって、リサイクル燃料集合体を格納するバスケット用の角パイプを製造する例を説明する。図１５は、実施の形態２に係る角パイプを示す断面図である。なお、押出し成形用のビレットを製造するまでの工程は、実施の形態１で説明した工程と同様であるから説明を省略する。
【００７８】
図１６は、角パイプを押出成形するポートホール押出機の押出部における構造を示す説明図である。予備成形体の焼結が終了し、ビレットＶが完成したら、ポートホール押出機を用いて当該ビレットを角パイプの形状に熱間押出しする。この場合の押出条件として、加熱温度を５００℃〜５２０℃、押出速度を５ｍ／ｍｉｎとする。なお、この条件は、Ｂの含有量により適宜変更する。ポートホール押出機の押出力は、５０００ｔｏｎ〜６０００ｔｏｎとする。図１６（ｂ）は、ポートホール押出機のダイス構成を示す断面図である。
【００７９】
ポートホール押出機は、ダイス３０１ａ及びコンテナ３０２と、コンテナ３０２の周囲に設置した誘導加熱用の高周波コイル３０３とを備えている。高周波コイル３０３にＲＦ電流を流すことで、ダイス３０１ａ内のビレットＶを誘導加熱することができる。ダイス３０１ａは雌型３０４と雄型３０５ａとから構成されており、雄型３０５ａのマンドレル３０６を雌型３０４に挿入することで押出形状が四角形のベアリング３０７が形成される。マンドレル３０６は、雄型３０５ａの周囲から延出した４本のブリッジ３０８により支持され、ブリッジ３０８間に４つのポート３０９を形成する。
【００８０】
そして、コンテナ３０２内で誘導加熱されたビレットＶは、後方からポンチ（図示せず）により押され、ブリッジ３０８により一旦４分割されてポート３０９を通過する。続いて、ポート３０９からベアリング３０７に至るまでに再び一体化し、ベアリング３０７によって所定の押出形状をした角パイプ１として押し出される。このとき、ビレットＶの質量密度は７５％〜９５％であるが、押出成形することで角パイプ１の質量密度が、押出時に粉末粒子間の空隙がつぶされるため略１００％となる。
【００８１】
次に、押出成形後、引張矯正を施すとともに、非定常部及び評価部を切断し、製品とする。完成した角パイプ１は、図１５に示すように、その断面内形状は内側長さｌ、板厚ｔの正方形である。ここで、角パイプ１の内側長さｌは、収納されるリサイクル燃料集合体の大きさによって決定されるが、概ね１５０〜２５０ｍｍである。また、板厚ｔは、収納されるリサイクル燃料集合体及び使用するＡｌ母相の放射性物質貯蔵用構造強度材によって適宜決定されるが、概ね６〜１２ｍｍである。なお、上記製造工程のように、ポートホール押出機において誘導加熱する製造方法は、ビレットＶの成形工程と押出工程とが別の場所で行われるか、又は時間をおいて行われる場合に有用である。
【００８２】
また、真空焼結ラインと押出ラインとが連続した製造ラインに配置される場合等のように、真空焼結工程と押出工程とが短時間に行われる場合には、真空焼結時に５５０℃〜６００℃までビレットの温度が上昇しているため、焼結終了後、少なくとも押出温度である５００℃以上となる熱領域でコンテナ内に挿入し、そのまま押出すようにしてもよい。具体的には、真空炉内からビレットＶを取り出し、このビレットＶの温度が上記押出温度以下に下がらないうちに押出機まで搬送する。そして、押出機によって角パイプ１に押出成形する。なお、加熱したビレットＶを空気中にさらしても、短時間であれば酸化による影響をほとんど無視できるので、角パイプ１の性能に影響することはほとんどない。好ましくは、ビレットＶを真空炉から取り出し、１５分以内に押し出すようにすれば、酸化の影響はほとんど問題ない。このようにすれば、誘導加熱によってビレットＶを再加熱する必要がないため、さらに製造工程を簡略化することができる。
【００８３】
この場合も、真空焼結によってビレットＶの酸化が防止され、且つキャニングを省略できるため、缶代が節約でき、缶除去のための切削工程が不要になるとともに、それに付随する缶封入等の製造工程を省略することができる。また、真空焼結時の温度が下がらないような保温チャンバー内に一時的且つ短時間保管し、少なくとも５００℃以上の温度領域でビレットＶを押出機のコンテナ内に移すようにしてもよい。この場合は、真空焼結ラインと押出ラインとが連続している必要はなく、両者の距離が離れていても問題ない。さらに、真空焼結ラインと押出ラインとの距離が小さく、ビレットＶの搬送時間が短ければ、上記同様に真空加熱の熱によって押出成形ができることは言うまでもない。
【００８４】
また、上例では圧縮率が高く、複雑な形状をしたＡｌ等の軟質材の押出しに適したポートホール押出機を用いたが、押出機の種類はこれに限定されない。例えば、固定又は移動マンドレル方式を採用してもよい。また、直接押出しの他、静水圧押出しを行うようにしてもよく、可能な範囲で適宜選択することができる。さらに、生産効率は低いが、上記誘導加熱に代えて、ビレットＶを加熱炉内でバッチ処理するようにしてもよい。
【００８５】
さらに、押出しダイスの形状を変更すれば、同様の製法によって板状部材も製造できる。ＰＷＲ用リサイクル燃料集合体を格納するためのバスケットにおいては、フラックストラップを設ける必要がある。したがって、板状部材を組み合わせてこのようなバスケットを構成する場合には、長手方向に向かう複数の貫通孔を持つ板状部材を押出成形によって製造する必要がある。しかし、ＢＷＲ（Ｂｏｉｌｉｎｇ Ｗａｔｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ：沸騰水型原子炉）用リサイクル燃料集合体を格納するためのバスケットにおいては、必ずしもフラックストラップを設ける必要はなく、この場合には単なる中実の板状部材を組み合わせてバスケットを構成してもよい。この場合には、ビレットＶを圧延することにより、中実の板状部材を製造することもできる。
【００８６】
図１７は、他の構造強度材を示す説明図である。本発明に係るＡｌ材は、リサイクル燃料収納用部材以外にも適用できる。図１７には、本発明に係るＡｌ材を適用できる構造強度部材の一例として、デッキプレート２を示してある。デッキプレート２は、鉄道車両や原子力発電所の作業通路の床材として使用できる。本発明に係るＡｌ材は、メカニカルアロイングによって混合したＡｌ粉末の量を調整することにより、延性を調整できる。したがって、このように、複雑な形状且つ寸法の大きい部材であっても容易に押出し成形できる。また延性と強度とのバランスも調整できるので、延性を維持しつつ強度の高い構造強度部材を得ることができる。
【００８７】
さらに、軸流圧縮機では作動流体が圧縮されるので圧縮機のブレード温度が上昇する。本発明に係るＡｌ材は高温強度に優れるので、図示はしないが、軸流圧縮機のブレードにも好適に使用できる。ここで、本発明に係るＡｌ材をリサイクル燃料収納用部材以外に使用する場合には、必ずしもＢ又はＢ化合物を添加する必要はないが、高強度を要する場合にはこれらを添加してもよい。また、用途に応じて他の元素を添加して、それぞれの用途に適した特性を発揮させるようにしてもよい。さらに、構造強度部材の形状や寸法に応じて、メカニカルアロイングによるＡｌ混合粉末材の量を調整して、延性と強度とのバランスをとることができるので、構造強度部材の種類や仕様に応じて最適な材料を作製することができる。
【００８８】
（実施の形態３）
実施の形態３においては、本発明に係るＡｌ母相の放射性物質貯蔵用構造強度材によってリサイクル燃料集合体を格納するバスケットを構成した例、及びこのバスケット収納したキャスクについて説明する。図１８は、リサイクル燃料集合体を格納するバスケットの一例を示す断面図である。このバスケット１０６においては、角パイプ１内部に横断面形状が略Ｌ字上のエレメント１３７を配置して、リサイクル燃料集合体を格納するセル１１０を構成する。そして、内部にエレメント１３７を配置した角パイプ１を複数組み合わせて、リサイクル燃料集合体を格納するバスケット１０６が構成される。なお、角パイプ１及びエレメント１３７の長手方向は、紙面垂直方向である。
【００８９】
角パイプ１、及びエレメント１３７は、本発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材であるＡｌ材を押出し成形することによって製造される。エレメント１３７の外側面には突起部１３７ｔが設けられており、エレメント１３７が角パイプ１の内部に配置されると、突起部１３７ｔが角パイプ１の内壁面に接する。そして、突起部１３７ｔで区切られる空間がフラックストラップとなる。セル１１０内に格納されるリサイクル燃料集合体から放出される中性子は、角パイプ１及びエレメント１３７に含まれるＢとフラックストラップとによって遮蔽される。このバスケット１０６は、各セル１１０にフラックストラップを備えていることから、ＰＷＲ用リサイクル燃料集合体のような高燃焼度の燃料を収納する用途に適している。
【００９０】
このバスケット１０６は、角パイプ１とエレメント１３７とを組み合わせることにより、フラックストラップを有するセルを構成する。このため、角パイプにフラックストラップを有する角パイプを押出し成形する場合と比較して、押出しダイスの形状が単純化され、また押出し推力も小さくて済むので、容易に製造できる。また、本発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の母材として低Ｓｉ且つ所定のＭｇを含有したＡｌ材を使用すれば、靭性が高く、また高温強度に優れる構造強度材を得ることができる。このような構造強度材は、発熱量の多いＰＷＲ用リサイクル燃料集合体を格納するバスケット１０６に好適であり、バスケット１０６の健全性を向上させることができる。さらに、本発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材は、メカニカルアロイングによるＡｌ混合粉末の量を調整することによって、延性と強度とのバランスを調整することができる。これにより、エレメント１３７のように複雑な形状を持つ部材であっても、容易に押出成形できる。
【００９１】
図１９は、リサイクル燃料集合体を格納するバスケットの他の例を示す一部断面図である。このバスケットにおいては、複数の板状部材３の長辺側端部同士を単に組み合わせるだけでリサイクル燃料集合体を格納するセル１１１を構成する。さらに、セルの外周にはスペーサ４ａ、４ｂを配置して板状部材を支持するとともに、スペーサと板状部材とを単に組み合わせてリサイクル燃料集合体を格納するセル１１１’を構成する。なお、板状部材３及びスペーサ４ａ、４ｂの長手方向は、紙面垂直方向である。
【００９２】
このバスケット１０７は板状部材３やスペーサ４ａ等を組み合わせるだけで構成でき、組合せ部分の接合等は不要なので、短時間で容易にバスケット１０７を組み立てることができる。また、バスケット１０７は板状部材３を組み合わせて構成するため、組合せ部における伝熱性能がやや低下する。ここで、本発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の母材として低Ｓｉ且つ所定のＭｇを含有するＡｌを使用すれば、高温強度に優れるバスケット１０７を製造できる。さらに、本発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材はメカニカルアロイングによるＡｌ混合粉末の量を調整することにより、延性と強度とのバランスがとれた材料を得ることができる。これにより、板状部材３のように複雑な形状を持つ部材であっても、押出ダイスに大きな負荷を与えないで押出成形できる材料を得ることができる。
【００９３】
このように、リサイクル燃料集合体を格納するバスケットは種類があり、リサイクル燃料集合体の種類やキャスクその他の放射性物質格納容器の仕様に応じて、好ましいバスケットを選択する。本発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材は、メカニカルアロイングによるＡｌ混合粉末の量を調整することによって、延性と強度とを調整できる。これによって、それぞれのバスケットを構成する角パイプや板状部材に適した性能を持つ構造強度材を得ることができる。
【００９４】
図２０は、リサイクル燃料集合体を格納するバスケットの他の例を示す説明図である。このバスケット１０８は、貫通孔３１１を有する帯状の板状部材３１０に切込部３１２を設け、板状部材３１０を直交させて交互に積み重ねることで構成されている。これによって、直交する板状部材３１０同士で囲まれる空間が、リサイクル燃料集合体を収納する格子状のセルとなる。
【００９５】
前記貫通孔３１１は、板状部材３１０の長手方向にその断面が日の字になるように形成され、その中央のリブ３１３には、複数の連通孔が形成されている（図示省略）。また、前記貫通孔３１１は、切込部３１２をもって他の板状部材３１０の貫通孔３１１と連通する。さらに、板状部材３１０の長手方向端面には、上下に位置する板状部材３１０の貫通孔３１１同士を連通するための連通孔３１４が設けられている。
【００９６】
また、板状部材３１０の上下端縁には、凹部３１５及び凸部３１６が形成されている。この凹部３１５と凸部３１６によって上下に位置する板状部材３１０同士が位置決めされる（図２０参照）。これによって、セル内に段差が発生するのが防止されるので、リサイクル燃料集合体をセル内へ滑らかに収納することができる。
【００９７】
このバスケット１０８を構成する板状部材３１０を、本発明に係る低Ｓｉ且つ所定のＭｇを含有するＡｌ材で構成すれば、靭性及び高温強度もに優れたバスケット１０８を作ることができる。このようなバスケット１０８は、高燃焼度・短冷却期間のリサイクル燃料集合体を格納するのに適している。また、質量の大きいＰＷＲ用のリサイクル燃料集合体を格納しても十分な高温強度を発揮できるので、バスケット１０８の信頼性を高くできる。さらに、板状部材３１０は横断面が目の字状であるが、本発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材においてはメカニカルアロイングによるＡｌ混合粉末の量を調整することで、延性を向上させることができる。これによって、このような複雑な形状でも容易に押出し成形できる。
【００９８】
図２１は、キャスクの概要を示す説明図である。キャスク２００は、胴本体２０１と、胴本体２０１の外周に取り付けられた伝熱フィン２０７と、伝熱フィン２０７のもう一方の長辺側端部に取り付けられた外筒２０５とで構成される。胴本体２０１は例えば炭素鋼によって製造されており、γ線遮蔽機能を発揮するのに十分な胴厚さを有している。
【００９９】
胴本体２０１には底板（図示せず）が取り付けられるが、この底板は溶接によって筒状の胴本体２０１に取り付けていることができる。また、胴本体２０１の外形に合わせた内部形状を持つコンテナ内に金属ビレットを装入し、胴本体２０１の内形に合わせた外形を持つ穿孔ポンチでこの金属ビレットを熱間拡張成形することによって胴本体２０１と底板とを一体に成形してもよいし、鋳造によって製造してもよい。
【０１００】
胴本体２０１の内部は、リサイクル燃料集合体を格納するバスケットが収納されるキャビティ２０１ｃとなる。このキャビティ２０１ｃには上記バスケットが格納される。このキャビティ２０１ｃの軸方向（図中Ｚで示す方向）に垂直な断面内形状は円形であるが、キャスク２００の仕様に応じ、この他にも八角形や略十字型・階段状等の断面内形状をもつキャビティも使用できる。キャビティ２０１ｃ内にリサイクル燃料集合体を収納した後は、胴本体放射性物質の漏洩を防止するため、一次蓋及び二次蓋（図示せず）によって二重に密封する。密封性能を確保するため、一次蓋及び二次蓋と胴本体２０１との間には金属ガスケットを設けておく（図示省略）。
【０１０１】
胴本体２０１の外周には、板状部材で作られた複数の伝熱フィン２０７が放射状に取り付けられている。この伝熱フィン２０７は、Ａｌ板、銅板等の、熱の良導材料で作られており、胴本体２０１の外周に溶接その他の接合手段によって、接合されている。また、伝熱フィン２０７の外側には、厚さ数ｃｍの炭素鋼で作られた外筒２０５が溶接その他の接合手段によって取り付けられている。キャビティ２０１ｃ内に収納されたリサイクル燃料集合体は崩壊熱を発生するが、胴本体２０１を伝わってきた崩壊熱は、伝熱フィン２０７を介して外筒２０５に伝導された後、外筒２０５の表面から大気中に放出される。
【０１０２】
胴本体２０１と外筒２０５と二枚の伝熱フィン２０７とで囲まれる空間２０９すべてには、中性子を吸収するため、中性子遮蔽機能を有する水素を多く含有する高分子材料であるレジン、ポリウレタン、又はシリコンその他の中性子吸収材料（以下同様）が充填してある。この中性子吸収材料によって、リサイクル燃料集合体から放出される中性子を遮蔽し、キャスク２００の外部へ漏洩する中性子を規制値よりも少なくする。
【０１０３】
キャスク２００は、リサイクル燃料集合体を収納した後、輸送及び貯蔵するために使用される。キャスクを輸送する場合には、キャスクの両端に緩衝体（図示せず）を取り付けて、万一キャスク２００の落下事故等が発生した場合でも、十分な密封性能を確保できるようにする。
【０１０４】
本発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材は、メカニカルアロイングによるＡｌ混合粉末の量を調整することによって、延性と強度とを調整できる。これによって、キャスク２００に収納されるリサイクル燃料集合体の種類あるいはキャスク２００の仕様に応じて、最適なバスケット材を得ることができる。
【０１０５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材（請求項１）では、メカニカルアロイングによるＭＡ処理粉末と、メカニカルアロイングによらないＡｌ粉末とを混合してＡｌ混合粉末を製造し、これを成形・焼結した。また、この発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材（請求項２）では、さらに中性子吸収材の粉末をＭＡ処理粉末とＡｌ粉末とに混合してＡｌ混合粉末を製造し、これを成形・焼結した。また、この発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材（請求項３）では、メカニカルアロイングによるＭＡ処理粉末と、メカニカルアロイングによらない混合粉末とを混合してＡｌ混合粉末を製造し、これを成形・焼結した。
【０１０６】
これにより、ＭＡ処理粉末とＡｌ混合粉末Ｙとの混合比率を変化させることにより、放射性物質貯蔵用構造強度材の強度と靭性とを調整することができる。その結果、リサイクル燃料集合体の種類や、キャスクやキャニスタ等といった放射性物質格納容器の仕様に応じて、最適な強度と靭性とを持った構造強度材を作製することができ、リサイクル燃料集合体を格納するバスケットを設計する際の自由度が向上する。
【０１０７】
また、この発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材（請求項４）では、ＭＡ処理粉末の割合は、全Ａｌ混合粉末の２５質量％以上９５質量％以下とした。この範囲でＭＡ処理粉末の割合を調整すれば、強度と靭性と延性とのバランスのとれた放射性物質貯蔵用構造強度材を得ることができる。
【０１０８】
また、この発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材（請求項５）では、中性子吸収材にはＢ又はＢ化合物を使用するようにしたので、中性子吸収材の入手及び取り扱いが比較的容易である。
【０１０９】
また、この発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材（請求項６）では、Ａｌ母相中において第２相粒子として靭性を低下させるＳｉの含有量を所定量以下に制限したので、靭性の低下を抑制できる。また、Ａｌよりも酸素との結合力が強い元素を含むようにしたので、Ａｌ母相中に当該元素を含む微細粒子が析出して、靭性を維持しつつ、高温強度を発揮できる。さらに、適度にこのような微細粒子が析出しているので押出成形性が悪化せず、押出成形によって所望の形状に成形できる。
【０１１０】
また、この発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材（請求項７）では、Ａｌ中に含まれるＳｉは靭性を上限のＳｉ含有量を、０．４質量％以下としたので、必要十分な靭性を確保できる。
【０１１１】
また、この発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材（請求項８）では、Ａｌよりも酸素との結合力の強い元素として、０．４９〜０．６６質量％のＭｇをＡｌに含有させたので、高温強度を高くできる。
【０１１２】
また、この発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法（請求項９）では、ＭＡ処理粉末とメカニカルアロイングによらないＡｌ及びＢ等の混合粉末とを混合するので、その混合割合によって放射性物質貯蔵部材の強度と靭性とを変化させることができる。これによって、リサイクル燃料を格納するバスケット等の設計の際には自由度が向上する。その結果、リサイクル燃料を格納するバスケット等の設計の際には自由度が向上する。また、当該混合粉末を冷間静水圧成形法により予備成形するので、成形密度のばらつきを少なくできる。そして、予備成形体を無加圧下で真空焼結するので、真空焼結した後に外削などの機械加工をせずに済み、また、ホットプレスのときのような型内に入れてプレスする必要もないので、加工工程を大幅に削減でき、ビレットの製造が容易になる。
【０１１３】
また、この発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法（請求項１０）では、メカニカルアロイングによって製造したＭＡ処理粉末と、Ａｌの粉末とをメカニカルアロイングによらない粉体混合手段で混合するようにした。また、この発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法（請求項１１）では、メカニカルアロイングによらない粉体混合手段で混合する工程で、さらにＢ又はＢ化合物の粉末を加えるようにした。これにより、ＭＡ処理粉末にＡｌ粉末又はＢ等の粉末をメカニカルアロイングによらない粉体混合手段によって混合するだけでＡｌ混合粉末を製造できるので、上記製造方法と比較して製造工程を１工程省略できる。
【０１１４】
また、この発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法（請求項１２）では、上記予備成形体を無加圧状態で真空焼結することにより作製されたビレットを誘導加熱手段により加熱する工程と、誘導加熱したビレットをダイスによって熱間成形する工程とを含むようにした。これにより、質量密度が増加した予備成形体を無加圧下の真空焼結を施すため、予備成形体全体の電気伝導度が向上する。これによって、予備成形体に誘導電流が流れやすくなり、効率的にビレットが加熱できるようになる。その結果、ビレットの押出速度を向上でき、製造効率が向上する。
【０１１５】
また、この発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法（請求項１３）では、上記ＭＡ処理粉末の割合は、全Ａｌ混合粉末の２５質量％以上９５質量％以下とした。この範囲でＭＡ処理粉末の割合を調整すれば、強度と靭性と延性とのバランスのとれた放射性物質貯蔵用構造強度材を製造することができる。
【０１１６】
また、この発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法（請求項１４）では、さらに、上記メカニカルアロイングの時間を０．５時間以上１０時間以下とした。これにより、Ａｌ母相中に含まれるＡｌよりも酸素結合力の強い元素が反応し、強化粒子である微細粒子がＡｌ母相中に析出する。また、一般的なメカニカルアロイングと比較してメカニカルアロイングに要する時間を１／１０程度に短縮できるので、放射性物質貯蔵用構造強度材の生産性を向上させることができる。
【０１１７】
また、この発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の押出し成形用ビレット（請求項１５）では、メカニカルアロイングによるＭＡ処理粉末と、Ａｌ粉末やメカニカルアロイングによらない混合粉末等とを混合し、当該Ａｌ混合粉末を焼結してビレットを製造するようにした。これにより、ＭＡ処理粉末の混合比率を変化させることで、放射性物質貯蔵用構造強度材の強度と靭性と延性とを調整することができる。これにより、リサイクル燃料集合体の種類や、キャスクやキャニスタ等といった放射性物質格納容器の仕様に応じて、最適な強度と靭性とを持った構造強度材を作製することができる。
【０１１８】
この発明に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の押出し成形用ビレット（請求項１６）では、上記ＭＡ処理粉末の割合は、全Ａｌ混合粉末の２５質量％以上９５質量％以下であることを特徴とした。この範囲でＭＡ処理粉末の割合を調整すれば、強度と靭性と延性とのバランスのとれた放射性物質貯蔵用構造強度材の押出し成形用ビレットを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】この発明の実施の形態１に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法に用いるアトライターミルの構成図である。
【図３】この押出機の構造を示す説明図である。
【図４】２５０℃におけるＭＡ処理粉末の混合比率と引張強さとの関係を表した説明図である。
【図５】−４０℃におけるＭＡ処理粉末の混合比率と横膨出量との関係を表した説明図である。
【図６】−４０℃におけるＭｇ量と衝撃値との関係を示す説明図である。
【図７】−４０℃におけるＭｇ量と横膨出量との関係を示す説明図である。
【図８】−４０℃におけるＳｉ量と衝撃値との関係を示す説明図である。
【図９】−４０℃におけるＳｉ量と横膨出量との関係を示す説明図である。
【図１０】２５０℃におけるＭｇ量と引張強さとの関係を示す説明図である。
【図１１】２５０℃におけるＭｇ量と伸びとの関係を示す説明図である。
【図１２】２５０℃におけるＳｉ量と引張強さとの関係を示す説明図である。
【図１３】２５０℃におけるＳｉ量と伸びとの関係を示す説明図である。
【図１４】実施の形態１の変形例に係る放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法を示すフローチャートである。
【図１５】実施の形態２に係る角パイプを示す断面図である。
【図１６】角パイプを押出成形するポートホール押出機の押出部における構造を示す説明図である。
【図１７】他の構造強度材を示す説明図である。
【図１８】リサイクル燃料集合体を格納するバスケットの一例を示す断面図である。
【図１９】リサイクル燃料集合体を格納するバスケットの他の例を示す一部断面図である。
【図２０】リサイクル燃料集合体を格納するバスケットの他の例を示す説明図である。
【図２１】キャスクの概要を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 角パイプ
２ デッキプレート
３、３１０ 板状部材
３０ アトライターミル
３４ アトライター
４１ ボール
５０ 粉末製造装置
５１ 回転容器
５２ インペラ
２００ キャスク
３０１ａ、３０５ ダイス
３０１ 押出機
３０３ 高周波コイル
Claims (16)
- Ａｌの粉末と、Ａｌの粉末及び中性子吸収材の粉末をメカニカルアロイングによって処理したＭＡ処理粉末とを、メカニカルアロイングによらない粉体混合手段によって混合したＡｌ混合粉末を所定の形状に成形して焼結し、熱間成形したことを特徴とする放射性物質貯蔵用構造強度材。
- さらに中性子吸収材の粉末を上記ＭＡ処理粉末と上記Ａｌの粉末とに加えて、メカニカルアロイングによらない粉体混合手段によって混合したことを特徴とする請求項１に記載の放射性物質貯蔵用構造強度材。
- Ａｌの粉末及び中性子吸収材の粉末をメカニカルアロイングによって処理した所定割合のＭＡ処理粉末に、Ａｌの粉末及び中性子吸収材の粉末をメカニカルアロイングによらない粉体混合手段によって混合した混合粉末を含むＡｌ混合粉末を所定の形状に成形して焼結し、熱間成形したことを特徴とする放射性物質貯蔵用構造強度材。
- 上記ＭＡ処理粉末の割合は、全Ａｌ混合粉末の２５質量％以上９５質量％以下としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の放射性物質貯蔵用構造強度材。
- 上記中性子吸収材はＢ又はＢ化合物であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の放射性物質貯蔵用構造強度材。
- 上記Ａｌは、Ｓｉを所定量以下に制限し、且つ所定量のＡｌよりも酸素結合力の強い元素を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の放射性物質貯蔵用構造強度材。
- Ｓｉの含有量は、０．４質量％以下であることを特徴とする請求項３に記載の放射性物質貯蔵用構造強度材。
- Ａｌよりも酸素結合力の強い元素はＭｇであり、その含有量は０．４９〜０．６６質量％であることを特徴とする請求項６又は７に記載の放射性物質貯蔵用構造強度材。
- メカニカルアロイングによってＡｌとＢ又はＢ化合物とのＭＡ処理粉末を作製し、またメカニカルアロイングによらない粉体混合手段によってＡｌとＢ又はＢ化合物の混合粉末を作製する工程と、
前記ＭＡ処理粉末と前記混合粉末とをメカニカルアロイングによらない粉体混合手段で混合してＡｌ混合粉末を作製する工程と、
冷間静水圧成形法又は冷間一軸方向加圧により前記Ａｌ混合粉末の予備成形体を成形する工程と、
前記予備成形体を無加圧状態で真空焼結する工程と、
を含むことを特徴とする放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法。 - メカニカルアロイングによってＡｌとＢ又はＢ化合物とのＭＡ処理粉末を作製する工程と、
前記ＭＡ処理粉末と、Ａｌの粉末とをメカニカルアロイングによらない粉体混合手段で混合して、Ａｌ混合粉末を作製する工程と、
冷間静水圧成形法又は冷間一軸方向加圧により前記Ａｌ混合粉末の予備成形体を成形する工程と、
前記予備成形体を無加圧状態で真空焼結する工程と、
を含むことを特徴とする放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法。 - さらに、上記ＭＡ処理粉末と上記Ａｌの粉末とをメカニカルアロイングによらない粉体混合手段で混合する工程においては、Ｂ又はＢ化合物の粉末を加えることを特徴とする請求項９に記載の放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法。
- さらに、上記予備成形体を無加圧状態で真空焼結することにより作製されたビレットを誘導加熱手段により加熱する工程と、
誘導加熱したビレットをダイスによって熱間成形する工程と、
を含むことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法。 - さらに、上記ＭＡ処理粉末の割合は、全Ａｌ混合粉末の２５質量％以上９５質量％以下であることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記載の放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法。
- さらに、上記メカニカルアロイングの時間を０．５時間以上１０時間以下とすることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１項に記載の放射性物質貯蔵用構造強度材の製造方法。
- 中性子吸収材の粉末とＡｌの粉末とをメカニカルアロイングによって混合したＭＡ処理粉末と、Ａｌの粉末又は中性子吸収材の粉末又はＡｌの粉末と中性子吸収材の粉末とをメカニカルアロイングによらない粉体混合手段によって混合した混合粉末のうち少なくとも一つとからなるＡｌ混合粉末を所定の形状に成形して焼結したことを特徴とする放射性物質貯蔵用構造強度材の押出し成形用ビレット。
- さらに、上記ＭＡ処理粉末の割合は、全Ａｌ混合粉末の２５質量％以上９５質量％以下であることを特徴とする請求項１５に記載の放射性物質貯蔵用構造強度材の押出し成形用ビレット。
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|---|---|---|---|
| JP2002287945A JP2004125523A (ja) | 2002-09-30 | 2002-09-30 | 放射性物質貯蔵用構造強度材及びその製造方法、並びに押出成形用ビレット |
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|---|---|---|---|---|
| JP2007536431A (ja) * | 2004-05-06 | 2007-12-13 | キャボット コーポレイション | スパッタターゲット及び回転軸方向鍛造によるその形成方法 |
| JP2013205391A (ja) * | 2012-03-29 | 2013-10-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 放射性物質格納容器 |
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2002
- 2002-09-30 JP JP2002287945A patent/JP2004125523A/ja not_active Withdrawn
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