JP2006267010A - Fuel compact manufacturing method, fuel compact, and overcoating method for coated fuel particle - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance thermal and mechanical strength of coated fuel particles while maintaining production efficiency on fuel compacts and their performance, even in manufacturing fuel compacts out of a plurality of kinds of coated fuel particles having different enrichment. <P>SOLUTION: Surfaces of a plurality of kinds of coated fuel particles 12A and 12B having different enrichment are coated with graphite matrix material to form overcoat layers 14A and 14B, and then, the fuel compacts 10 are manufactured out of coated fuel particles 12 each having an overcoat layer 14. The overcoat layers 14A and 14B are formed of thickness varying according to the enrichment of the fuel particles 12A and 12B, and the plurality of kinds of fuel particles 12A and 12B having overcoat layers 14 different in thickness are unified into the fuel compacts 10. As to the overcoat layers 14, the overcoat layers 14A of the fuel particles 12A having a higher enrichment are formed so as to have greater thickness than that of the overcoat layers 14B of the fuel particles 12B having a lower enrichment. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、高温ガス炉等の原子炉において燃料として使用される燃料コンパクトや、その製造方法、また、燃料コンパクトに使用される被覆燃料粒子のオーバーコート方法の改良に関し、特に、異なる濃縮度を有する燃料粒子から燃料コンパクトを製造する場合に、その生産効率を維持しつつ、被覆燃料粒子の強度を向上することに関するものである。   The present invention relates to an improvement in a fuel compact used as a fuel in a nuclear reactor such as a high temperature gas reactor, a manufacturing method thereof, and an overcoat method of coated fuel particles used in a fuel compact. The present invention relates to improving the strength of the coated fuel particles while maintaining the production efficiency when the fuel compact is manufactured from the fuel particles having the fuel particles.

高温ガス炉は、燃料を含む炉心構造を、熱容量が大きく高温健全性が良好な黒鉛から形成すると共に、冷却ガスとして高温下でも化学反応を起こさないヘリウムガス等の気体を用いているため、固有の安全性が高く、出口温度が非常に高いヘリウムガスを取り出すことができる原子炉であり、約900℃前後の高温熱を、発電はもちろんのこと水素製造や化学プラント等、幅広い分野において利用することを可能とするものである。   The HTGR is composed of graphite, which has a large heat capacity and good high-temperature soundness, and uses a gas such as helium gas that does not cause a chemical reaction even at high temperatures. Is a nuclear reactor that can extract helium gas with high safety and high exit temperature, and uses high-temperature heat of around 900 ° C in a wide range of fields such as hydrogen production and chemical plants as well as power generation. It is possible to do that.

(被覆燃料粒子)
この高温ガス炉の燃料としては、一般に、二酸化ウランやトリウム等をセラミックス状に焼結した直径約350μm〜650μmの燃料核の周囲に、第1層から第4層の計4層の被覆が施された直径約500μm〜1000μmの被覆燃料粒子が使用される。具体的には、次の4つの被覆である。
(Coated fuel particles)
As a fuel for this HTGR, in general, a coating of a total of four layers, a first layer to a fourth layer, is applied around a fuel core having a diameter of about 350 μm to 650 μm obtained by sintering uranium dioxide, thorium or the like into a ceramic form. The coated fuel particles having a diameter of about 500 μm to 1000 μm are used. Specifically, it is the following four coatings.

即ち、一般にバッファ層と呼ばれる最も内側の第1層は、密度約1g/cm3の低密度熱分解炭素(PyC)から成る層で、ガス状の核分裂生成物(FP)のガスを溜めると共に、核燃料のスウェリングを吸収する機能を併せ持つ。次いで、この第1層の上に施される第2層は、一般に、密度約1.8g/cm3の高密度熱分解炭素から形成された内側熱分解炭素(PyC)層であり、ガス状の核分裂生成物(FP)の拡散の障壁となってガス状の核分裂生成物(FP)を保持する機能を有するものである。更に、炭化珪素(SiC)層と呼ばれる第3層は、密度約3.2g/cm3の炭化珪素から成り、主に固体状の核分裂生成物の拡散の障壁となって固体状の核分裂生成物を保持すると共に、被覆燃料粒子全体の主要な強度部材としての機能を有するものである。最も外側の第4層である外側熱分解炭素層は、第2層と同様、密度約1.8g/cm3の高密度熱分解炭素から成り、照射収縮により第3層である炭化珪素層に圧縮応力を発生させて照射下での被覆燃料粒子全体の強度を保持すると共にガス状の核分裂生成物(FP)を保持する機能を有するものである。 That is, the innermost first layer, generally called a buffer layer, is a layer made of low-density pyrolytic carbon (PyC) having a density of about 1 g / cm 3 , and stores gaseous fission product (FP) gas. It also has the function of absorbing the swelling of nuclear fuel. The second layer applied over this first layer is then generally an inner pyrolytic carbon (PyC) layer formed from high density pyrolytic carbon having a density of about 1.8 g / cm 3 and is gaseous. It has a function of holding the gaseous fission product (FP) as a barrier to the diffusion of the fission product (FP). Further, the third layer called a silicon carbide (SiC) layer is made of silicon carbide having a density of about 3.2 g / cm 3 and mainly serves as a barrier for diffusion of solid fission products. And has a function as a main strength member of the entire coated fuel particle. The outer pyrolytic carbon layer, which is the outermost fourth layer, is composed of high-density pyrolytic carbon having a density of about 1.8 g / cm 3 , as in the second layer, and is formed into a third layer of silicon carbide by irradiation shrinkage. It has a function of generating compressive stress to maintain the strength of the entire coated fuel particle under irradiation and also to maintain a gaseous fission product (FP).

このような被覆燃料粒子は、一般的には、次のような工程を経て製造される。即ち、まず、燃料核の生成であるが、具体的には、酸化ウランの粉末を硝酸に溶かして生成した硝酸ウラニル原液に、純水、増粘剤を添加して撹拌することにより滴下原液を生成する。この場合、増粘剤は、滴下された硝酸ウラニル原液の液滴が、落下中に自身の表面張力により真球状になるように添加される。この増粘剤としては、例えば、ポリビニルアルコール樹脂、アルカリ条件下で凝固する性質を有する樹脂、ポリエチレングリコール、メトローズ等を使用することができる。次いで、このようにして調整された滴下原液を、所定の温度に冷却して粘度を調整した後、細径の滴下ノズルを振動させることによりアンモニア水溶液中に滴下する。なお、この場合、液滴に、アンモニア水溶液表面に着水するまでの空間においてアンモニアガスを吹きかけ、液滴の表面をゲル化させることにより、着水時に液滴が変形するのを防止する。   Such coated fuel particles are generally produced through the following steps. That is, first of all, it is the generation of fuel nuclei. Specifically, by adding pure water and a thickener to the uranyl nitrate stock solution produced by dissolving uranium oxide powder in nitric acid, the dropping stock solution is stirred. Generate. In this case, the thickener is added so that the dropped uranyl nitrate stock solution drops into a true sphere due to its surface tension during dropping. As this thickener, for example, a polyvinyl alcohol resin, a resin having a property of solidifying under an alkaline condition, polyethylene glycol, Metrose, or the like can be used. Subsequently, after the dripping stock solution adjusted in this way is cooled to a predetermined temperature to adjust the viscosity, it is dropped into the ammonia aqueous solution by vibrating a dropping nozzle having a small diameter. In this case, the droplet is prevented from being deformed at the time of landing by spraying ammonia gas in the space until the droplet reaches the surface of the aqueous ammonia solution to gel the surface of the droplet.

アンモニア水溶液中に滴下された原液は、アンモニア水溶液中で、硝酸ウラニルがアンモニアと充分に反応して重ウラン酸アンモニウムの粒子となる。この重ウラン酸アンモニウムの粒子を、大気中でばい焼して、三酸化ウラン粒子とした後、更に還元、焼結することにより、高密度のセラミックス状二酸化ウランから成る燃料核を得る。このようにして得られた燃料核の粒径や真球度は、次の被覆工程における製造条件に非常に大きな影響を与えることから、燃料核は、篩により粒径選別及び真球度選別を行った上で、被覆工程に送られる。   The stock solution dropped into the aqueous ammonia solution is converted into ammonium deuterated uranate particles by sufficiently reacting with uranyl nitrate in the aqueous ammonia solution. The ammonium heavy uranate particles are calcined in the atmosphere to form uranium trioxide particles, which are further reduced and sintered to obtain a fuel nucleus composed of high-density ceramic uranium dioxide. Since the particle size and sphericity of the fuel core obtained in this way have a great influence on the production conditions in the subsequent coating process, the fuel core is subjected to particle size selection and sphericity selection by a sieve. Once done, it is sent to the coating process.

次に、燃料核の被覆工程においては、燃料核を流動床に装荷し、被覆となるガスを熱分解させることにより第1層から順次、上述した被覆を施していく。この場合、具体的には、第1層の低密度炭素層については、アセチレン(C22)を約1400℃で熱分解して燃料核を被覆する。第2層、第4層の高密度の熱分解炭素層については、プロピレン(C36)を約1400度で熱分解して被覆を施していく。第3層である炭化珪素層は、メチルトリクロロシラン(CH3SiCl3)を約1600℃で熱分解して形成する。 Next, in the fuel core coating step, the above-described coating is applied sequentially from the first layer by loading the fuel cores on the fluidized bed and thermally decomposing the gas to be coated. In this case, specifically, for the first low-density carbon layer, acetylene (C 2 H 2 ) is pyrolyzed at about 1400 ° C. to cover the fuel core. The high-density pyrolytic carbon layers of the second layer and the fourth layer are coated by pyrolyzing propylene (C 3 H 6 ) at about 1400 degrees. The silicon carbide layer as the third layer is formed by thermally decomposing methyltrichlorosilane (CH 3 SiCl 3 ) at about 1600 ° C.

(オーバーコート)
このようにして製造された被覆燃料粒子は、更に、黒鉛粉末、粘結剤等から成る黒鉛マトリックス材を、被覆燃料粒子の表面にオーバーコートしてオーバーコート層を形成した上で、プレス成型又はモールド成型により、中空円筒形又は円筒形の燃料コンパクトの形態に加工されて使用されることがある(例えば、特許文献1等参照)。この場合、燃料コンパクトは、プレス成型等の後に、グリーンコンパクト内にバインダとして含まれるフェノール樹脂を炭化させるために熱処理を施し、更に燃料コンパクト内に含まれるガス成分を除去することを目的とした熱処理を施した後、黒鉛から形成された筒に一定数量入れて、上下に栓をした燃料棒の形態として使用される。この燃料棒の形態とされた被覆燃料粒子は、最終的には、この燃料棒を、高温ガス炉の六角柱型黒鉛ブロックの複数の挿入口に装填し、この六角柱型黒鉛ブロックを多数個ハニカム配列に複数段重ねることにより、炉心を構成する
(Overcoat)
The coated fuel particles produced in this way are further coated with a graphite matrix material made of graphite powder, a binder, etc. on the surface of the coated fuel particles to form an overcoat layer, and then press molded or It may be used by being molded into a hollow cylindrical or cylindrical fuel compact form by molding (see, for example, Patent Document 1). In this case, the fuel compact is subjected to heat treatment to carbonize the phenol resin contained as a binder in the green compact after press molding or the like, and further heat treatment aimed at removing gas components contained in the fuel compact. After applying the above, it is used in the form of a fuel rod in which a certain amount is put into a cylinder made of graphite and plugged up and down. The coated fuel particles in the form of fuel rods are finally loaded with a plurality of hexagonal columnar graphite blocks by loading the fuel rods into a plurality of insertion ports of the hexagonal columnar graphite block of the HTGR. Configure the core by stacking multiple layers on the honeycomb array

(オーバーコート層の機能)
このオーバーコート層の形成は、主に、次の2つの目的から行われていた。即ち、オーバーコート層は、まず、1)プレス成型時等の圧力によって、被覆燃料粒子を破損することを防止する役割を果たしていた。また、図2に示すように、オーバーコート層14は、2)いわば被覆燃料粒子12間の介在として、燃料コンパクト10内において被覆燃料粒子12を均一に分散させて、焼結時に被覆燃料粒子12が熱的機械的に破損するのを防止する役割をも有していた。このため、被覆燃料粒子12が均一に分散されるよう、オーバーコート層14が形成された被覆燃料粒子12の直径を均一に揃えた上で、燃料コンパクト10とすることも試みられている。
(Function of overcoat layer)
The formation of this overcoat layer was mainly performed for the following two purposes. That is, the overcoat layer first played the role of preventing damage to the coated fuel particles due to 1) pressure during press molding or the like. Further, as shown in FIG. 2, the overcoat layer 14 has 2) the so-called interposition between the coated fuel particles 12 so that the coated fuel particles 12 are uniformly dispersed in the fuel compact 10 so that the coated fuel particles 12 are sintered. It also has a role of preventing thermal and mechanical damage. For this reason, attempts have been made to make the fuel compact 10 after uniformizing the diameters of the coated fuel particles 12 on which the overcoat layer 14 is formed so that the coated fuel particles 12 are uniformly dispersed.

(異なる濃縮度を有する被覆燃料粒子の使用)
ここに、従来は、1つの燃料コンパクトには、1種類の濃縮度を有する被覆燃料粒子のみが装填されるのが一般的であったが、近年は、高燃焼度化や製造コストの低減を目的とした高性能燃料として、被覆燃料粒子の濃縮度を高め、更に、異なる濃縮度を有する複数の種類の被覆燃料粒子を混合させて燃料コンパクトとし、その混合比率を変更することにより燃料コンパクトの実効濃縮度を調整することが検討されている。
(Use of coated fuel particles with different enrichment)
Heretofore, it has been common for only one fuel compact to be loaded with coated fuel particles having one type of enrichment, but in recent years there has been an increase in burnup and reduction in manufacturing costs. As a target high-performance fuel, the concentration of coated fuel particles is increased, and a plurality of types of coated fuel particles having different concentrations are mixed to form a fuel compact, and the mixing ratio is changed to change the fuel compact. Adjustment of effective enrichment is under consideration.

これにより、被覆燃料粒子の初期の濃縮度を高くして燃焼度を上げることができるほか、従来では燃料コンパクト全体の濃縮度の設定を調整するためには、10種類以上の濃縮度を有する種々の被覆燃料粒子を使用することが必要であったが(同一の濃縮度を有する被覆燃料粒子のみから燃料コンパクトを成型するため、10種類の燃料コンパクトを設定する場合には、10種類の被覆燃料粒子を使用することが必要となる)、設計にもよるが高濃縮度と低濃縮度の数種類(最も少ない例としては、2種類)の被覆燃料粒子を使用すればその混合比率を調整するだけで足りることになり、濃縮度の管理の労力が激減するため、製造コストの低減を期待できる。   As a result, it is possible to increase the initial enrichment of the coated fuel particles to increase the burnup, and conventionally, in order to adjust the enrichment setting of the entire fuel compact, there are various kinds of enrichments having 10 or more enrichments. It is necessary to use 10 coated fuel particles (in order to form a fuel compact from only coated fuel particles having the same enrichment, when 10 types of fuel compact are set, 10 types of coated fuel particles are used. Particles need to be used), but depending on the design, if you use several types of coated fuel particles of high and low enrichment (two examples are the least), just adjust the mixing ratio Therefore, since the labor for managing the concentration is drastically reduced, the production cost can be expected to be reduced.

但し、この場合、1つの燃料コンパクト内に、高低の異なる濃縮度を有する複数の種類の被覆燃料粒子が混在することになり、被覆燃料粒子の温度は、濃縮度が高い粒子は高く、濃縮度が低い粒子は低くなることから、特に、濃縮度が高い被覆燃料粒子同士が接近すると、熱的機械的に、被覆燃料粒子が破損するおそれがある。   However, in this case, a plurality of types of coated fuel particles having different enrichment levels are mixed in one fuel compact, and the temperature of the coated fuel particles is high for the highly concentrated particles, Since particles having a low particle size are low, especially when the coated fuel particles having a high concentration are close to each other, the coated fuel particles may be thermally and mechanically damaged.

この場合、濃縮度の高低に拘わらず、全ての被覆燃料粒子のオーバーコート層の厚みを厚くすることにより、熱的機械的な強度を上げて燃焼健全性を向上させることも考えられるが、まず、オーバーコート層の厚みを厚くするには、黒鉛マトリックス材のコーティングに要する時間を長く設定する必要があるため、生産効率が低下し、特に、オーバーコート層の厚みをそれ程厚くすることが必要とされない濃縮度の低い被覆燃料粒子の加工にも余分な時間と労力を要する問題が発生する。   In this case, it is conceivable to increase the thermal mechanical strength and improve the combustion soundness by increasing the thickness of the overcoat layer of all the coated fuel particles regardless of the enrichment level. In order to increase the thickness of the overcoat layer, it is necessary to set the time required for coating the graphite matrix material to be long, so that the production efficiency is lowered, and in particular, it is necessary to increase the thickness of the overcoat layer so much. The processing of the low-enriched coated fuel particles, which is not performed, also causes problems that require extra time and effort.

また、全ての被覆燃料粒子のオーバーコート層の厚みを厚くすると、燃料コンパクト1つ当たりを構成する被覆燃料粒子の数量が減少し、場合によっては、核設計上必要なウラン量を確保することができないという問題も生じうる。   In addition, if the overcoat layer thickness of all coated fuel particles is increased, the number of coated fuel particles constituting one fuel compact decreases, and in some cases, the amount of uranium necessary for nuclear design can be secured. The problem of being unable to do so can also arise.

更には、濃縮度の高低化と関係なく全て同一の厚みを有するオーバーコート層を軽視すると、粒子外径で、被覆燃料粒子の濃縮度を識別することができなくなり、作業性が低下するおそれもある。
特開2000−284084号公報
Furthermore, if the overcoat layer having the same thickness is neglected regardless of whether the enrichment is high or low, the enrichment of the coated fuel particles cannot be identified by the particle outer diameter, and workability may be reduced. is there.
JP 2000-284084 A

本発明が解決しようとする課題は、上記の問題点に鑑み、異なる濃縮度を有する複数の種類の被覆燃料粒子から燃料コンパクトを製造する場合にも、燃料コンパクトの生産効率や性能を維持しつつ、被覆燃料粒子の熱的機械的強度を向上させることができる燃料コンパクトの製造方法及び燃料コンパクト、また、被覆燃料粒子のオーバーコート方法を提供することにある。   In view of the above problems, the problem to be solved by the present invention is to maintain the production efficiency and performance of a fuel compact even when a fuel compact is manufactured from a plurality of types of coated fuel particles having different enrichments. Another object of the present invention is to provide a fuel compact manufacturing method and fuel compact capable of improving the thermal mechanical strength of the coated fuel particles, and a method for overcoating the coated fuel particles.

本発明は、上記の課題を解決するための第1の手段として、異なる濃縮度を有する複数の種類の被覆燃料粒子の表面に黒鉛マトリックス材をコーティングしてオーバーコート層を形成した後、このオーバーコート層を有する被覆燃料粒子から燃料コンパクトを製造する方法において、被覆燃料粒子の濃縮度に応じて異なる厚みのオーバーコート層を形成し、異なる厚みのオーバーコート層を有する複数の種類の被覆燃料粒子を一体化させて燃料コンパクトとすることを特徴とする燃料コンパクトの製造方法を提供するものである。   In the present invention, as a first means for solving the above-mentioned problems, a graphite matrix material is coated on the surfaces of a plurality of types of coated fuel particles having different concentrations to form an overcoat layer. In a method for producing a fuel compact from coated fuel particles having a coating layer, a plurality of types of coated fuel particles having overcoat layers with different thicknesses formed according to the concentration of the coated fuel particles, A fuel compact manufacturing method is provided, characterized in that the fuel compact is integrated into a fuel compact.

本発明は、上記の課題を解決するための第2の手段として、上記第1の解決手段において、濃縮度が高い被覆燃料粒子ほどオーバーコート層の厚みを厚く形成することを特徴とする燃料コンパクトの製造方法を提供するものである。   As a second means for solving the above-mentioned problems, the present invention provides a fuel compact characterized in that, in the first solving means, the coated fuel particles having a higher concentration are formed with a thicker overcoat layer. The manufacturing method of this is provided.

本発明は、上記の課題を解決するための第3の手段として、異なる濃縮度を有する複数の種類の被覆燃料粒子の表面に黒鉛マトリックス材をコーティングして形成されたオーバーコート層を有するオーバーコート粒子から成る燃料コンパクトにおいて、このオーバーコート層は、被覆燃料粒子の濃縮度に応じた異なる厚みを有することを特徴とする燃料コンパクトを提供するものである。   As a third means for solving the above-mentioned problems, the present invention provides an overcoat having an overcoat layer formed by coating the surface of a plurality of types of coated fuel particles having different concentrations with a graphite matrix material. In the fuel compact composed of particles, the overcoat layer provides a fuel compact characterized by having different thicknesses depending on the enrichment of the coated fuel particles.

本発明は、上記の課題を解決するための第4の手段として、上記第3の解決手段において、濃縮度が高い被覆燃料粒子ほど厚いオーバーコート層を有することを特徴とする燃料コンパクトを提供するものである。   The present invention provides, as a fourth means for solving the above problems, a fuel compact characterized in that, in the third solution means, the coated fuel particles having a higher concentration have a thicker overcoat layer. Is.

本発明は、上記の課題を解決するための第5の手段として、異なる濃縮度を有する複数の種類の被覆燃料粒子の表面に、黒鉛マトリックス材をコーティングしてオーバーコート層を形成する被覆燃料粒子のオーバーコート方法において、被覆燃料粒子の濃縮度に応じて異なる厚みのオーバーコート層を形成することを特徴とする被覆燃料粒子のオーバーコート方法を提供するものである。   The present invention provides, as a fifth means for solving the above-mentioned problems, coated fuel particles in which an overcoat layer is formed by coating a surface of a plurality of types of coated fuel particles having different enrichments with a graphite matrix material. In this overcoat method, an overcoat method for coated fuel particles is provided, wherein overcoat layers having different thicknesses are formed according to the concentration of the coated fuel particles.

本発明は、上記の課題を解決するための第6の手段として、上記第5の解決手段において、濃縮度が高い被覆燃料粒子ほどオーバーコート層の厚みを厚く形成することを特徴とする被覆燃料粒子のオーバーコート方法を提供するものである。   As a sixth means for solving the above-mentioned problems, the present invention provides the coated fuel characterized in that, in the fifth solving means, the coated fuel particles having a higher concentration form a thicker overcoat layer. A method for overcoating particles is provided.

本発明によれば、上記のように、被覆燃料粒子の濃縮度に応じた必要な厚みのオーバーコート層を形成し、濃縮度が高い被覆燃料粒子は厚いオーバーコート層で被覆されているため、オーバーコート層の厚みが薄い低濃度の被覆燃料粒子と混在させても、厚いオーバーコート層がいわば介在として濃縮度が高く高温となる被覆燃料粒子間の距離を充分に確保して、濃縮度が高い被覆燃料粒子同士が接近することを防止して、被覆燃料粒子の熱的機械的破損を抑制することができる実益がある。   According to the present invention, as described above, an overcoat layer having a necessary thickness according to the concentration of the coated fuel particles is formed, and the coated fuel particles having a high concentration are coated with the thick overcoat layer. Even if the overcoat layer is mixed with low-concentration coated fuel particles with a small thickness, the thick overcoat layer can be said to have a sufficient distance between the coated fuel particles that are high in concentration and high in temperature. There is an actual advantage that high coated fuel particles can be prevented from approaching and thermal mechanical damage of the coated fuel particles can be suppressed.

同時に、本発明によれば、上記のように、濃縮度に応じた必要な厚みのオーバーコート層を形成し、被覆燃料粒子の濃縮度によってオーバーコート層の厚みを異ならせているため、特に、濃縮度が低い被覆燃料粒子のオーバーコートには必要以上に時間と労力を要することなく、生産効率の低下及びコストの上昇を抑制することができる実益がある。   At the same time, according to the present invention, as described above, the overcoat layer having a necessary thickness according to the concentration is formed, and the thickness of the overcoat layer is varied depending on the concentration of the coated fuel particles. An overcoat of low-concentration coated fuel particles has the practical advantage of suppressing a decrease in production efficiency and an increase in cost without requiring more time and effort than necessary.

更に、本発明によれば、被覆燃料粒子の濃縮度に応じた必要な厚みのオーバーコート層を形成し、濃縮度によってオーバーコート層の厚みを異ならせているため、濃縮度の高い被覆燃料粒子のオーバーコート層を厚くしても、一方で、それ程必要性が高くはない濃縮度の低い被覆燃料粒子の外径が小さく抑えられるため、1つの燃料コンパクト当たりに投入することができる被覆燃料粒子の数量が低下することがなく、核設計上必要なウラン量も十分に確保することができる実益がある。   Furthermore, according to the present invention, the overcoat layer having a necessary thickness corresponding to the concentration of the coated fuel particles is formed, and the thickness of the overcoat layer is varied depending on the concentration. On the other hand, even if the overcoat layer is made thick, the outer diameter of the low-concentration coated fuel particles, which are not so necessary, can be kept small, so that the coated fuel particles can be introduced per one fuel compact. There is an actual benefit that the amount of uranium necessary for nuclear design can be secured sufficiently.

加えて、本発明によれば、上記のように、濃縮度に応じてオーバーコート層の厚みを異ならせているため、被覆燃料粒子の濃縮度を粒子外径で識別することが可能となり、異なる濃縮度を有する被覆燃料粒子の取扱い性が向上し、異なる濃縮度を有する被覆燃料粒子から成る燃料コンパクトの生産効率が高まる実益がある。   In addition, according to the present invention, as described above, since the thickness of the overcoat layer is varied according to the enrichment, the enrichment of the coated fuel particles can be identified by the particle outer diameter, which is different. There is an advantage that the handling efficiency of the coated fuel particles having the enrichment is improved, and the production efficiency of the fuel compact composed of the coated fuel particles having different enrichments is increased.

本発明を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明すると、図1は本発明の製造方法により製造された燃料コンパクト10を示し、この燃料コンパクト10は、複数の燃料被覆粒子12を、プレス成型又はモールド成型により加熱しながら圧縮して一体化することにより製造されている。   An embodiment for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a fuel compact 10 manufactured by the manufacturing method of the present invention. The fuel compact 10 includes a plurality of fuel-coated particles 12. It is manufactured by compressing and integrating while heating by press molding or mold molding.

被覆燃料粒子12としては、本発明においては、異なる濃縮度を有する複数の種類のものが使用されている。この場合、濃縮度の設定種類数は、必要に応じて適宜決定することができるが、あまりに多種類の被覆燃料粒子12を設定すると、被覆燃料粒子12の製造及び管理に労力を要する一方、図示の実施の形態のように、高低の2種類(高濃縮度の被覆燃料粒子12Aと低濃縮度の被覆燃料粒子12Bとの2種類)のみを設定すれば、その混合比率の調整等により、製造後の燃料コンパクト1全体の濃縮度の設定を適宜変更することができるため、少なくとも2種類以上で、できるだけ少ない設定数とすることが望ましい。   In the present invention, a plurality of types of coated fuel particles 12 having different enrichments are used. In this case, the number of types of enrichment set can be determined as needed. However, if too many types of coated fuel particles 12 are set, labor is required to manufacture and manage the coated fuel particles 12, while If only two types of high and low (two types of coated fuel particles 12A of high enrichment and coated fuel particles 12B of low enrichment) are set as in the embodiment of the above, it is possible to manufacture by adjusting the mixing ratio, etc. Since the enrichment setting of the entire fuel compact 1 can be changed as appropriate, it is desirable that the number of settings is as small as possible with at least two types.

また、これらの被覆燃料粒子12の表面には、図1に示すように、黒鉛粉末、粘結剤等から成る黒鉛マトリックス材をコーティングして形成されたオーバーコート層14が被覆されている。   Further, as shown in FIG. 1, the surface of these coated fuel particles 12 is coated with an overcoat layer 14 formed by coating a graphite matrix material made of graphite powder, a binder or the like.

このオーバーコート層14は、本発明においては、図1に示すように、被覆燃料粒子12の濃縮度に応じて、異なる厚みに形成されている。具体的には、各種の被覆燃料粒子12毎に、その濃縮度に応じた必要な厚みのオーバーコート層14を形成することにより、対応することができる。この場合、通常は、濃縮度の高い被覆燃料粒子12ほど、熱的機械的に破損する可能性が高く、より強固な防護処理が必要とされる。このため、高低2種類の濃縮度を有する被覆燃料粒子12A、12Bを使用している図示の実施の形態においては、図1に示すように、高濃縮度を有する被覆燃料粒子12Aのオーバーコート層14Aほど、低濃縮度を有する被覆燃料粒子12Bのオーバーコート層14Bに比し、オーバーコート層14の厚みが厚く形成されている。   In the present invention, as shown in FIG. 1, the overcoat layer 14 is formed in different thicknesses according to the enrichment of the coated fuel particles 12. Specifically, it can be dealt with by forming an overcoat layer 14 having a necessary thickness corresponding to the concentration of each of the various coated fuel particles 12. In this case, normally, the higher the enrichment of the coated fuel particles 12, the higher the possibility of thermal mechanical damage, and a stronger protective treatment is required. For this reason, in the illustrated embodiment using the coated fuel particles 12A and 12B having two kinds of high and low enrichments, as shown in FIG. 1, the overcoat layer of the coated fuel particles 12A having a high enrichment is provided. About 14A, the overcoat layer 14 is formed thicker than the overcoat layer 14B of the coated fuel particles 12B having a low enrichment.

従って、各種の濃縮度を有する被覆燃料粒子12A、12B毎に、その濃縮度に応じて熱的機械的強度を確保する上で必要となる充分な厚みのオーバーコート層14が形成されているため、大小の外径を有するオーバーコート層14が形成された複数の種類の被覆燃料粒子12A、12Bを混在させても(小径のオーバーコート層14Bを有する低濃縮度の被覆燃料粒子が存在しても)、特に、濃縮度が高い被覆燃料粒子12A同士が接近することがなく、かつ、充分な強度が付与されているため、各被覆燃料粒子12が熱的機械的に破損することがなく、異なる濃縮度を有する被覆燃料粒子12A、12Bから成る燃料コンパクト10であっても、その燃焼健全性を向上させることができる。   Therefore, the overcoat layer 14 having a sufficient thickness necessary for ensuring the thermal mechanical strength according to the concentration is formed for each of the coated fuel particles 12A and 12B having various concentrations. Even if a plurality of types of the coated fuel particles 12A and 12B having the overcoat layer 14 having a large and small outer diameter are mixed (the low-enriched coated fuel particles having the small-size overcoat layer 14B exist). In particular, since the coated fuel particles 12A having a high degree of concentration do not approach each other and have sufficient strength, the coated fuel particles 12 are not thermally and mechanically damaged. Even if the fuel compact 10 is composed of the coated fuel particles 12A and 12B having different enrichments, the combustion soundness can be improved.

また、この場合、これらの厚みが異なるオーバーコート層14A、14Bが形成された2種類の被覆燃料粒子12A、12Bを混合して、プレス成型等により圧縮して燃料コンパクト10とすると、図1に示すように、大径の高濃縮度を有する被覆燃料粒子12A間に、小径の低濃縮度を有する被覆燃料粒子12Bが入り込むようにして高密度で凝縮されるため、1つの燃料コンパクト10当たりに投入することができる被覆燃料粒子12の数量が低下することがなく、核設計上必要なウラン量も十分に確保することができる。   Further, in this case, when two types of coated fuel particles 12A and 12B formed with overcoat layers 14A and 14B having different thicknesses are mixed and compressed by press molding or the like to form a fuel compact 10, FIG. As shown, since the coated fuel particles 12B having a small diameter and a low enrichment enter between the coated fuel particles 12A having a large diameter and a high enrichment so as to enter the fuel compact 10 per one fuel compact 10. The quantity of the coated fuel particles 12 that can be input does not decrease, and a sufficient amount of uranium necessary for nuclear design can be secured.

なお、オーバーコート層14は、被覆燃料粒子12を、黒鉛粉末や粘結剤等から成る黒鉛マトリックス材中に分散させることにより形成することができるが、その際、オーバーコート層14の厚みは、このオーバーコート工程の途中及び最後にオーバーコート層14が形成された被覆燃料粒子12を篩い分けする際に、その篩のメッシュサイズを適切に設定すると共に、オーバーコートのための時間を長く調整することにより、適切な厚みに調整することができる。   The overcoat layer 14 can be formed by dispersing the coated fuel particles 12 in a graphite matrix material made of graphite powder, a binder or the like. In this case, the thickness of the overcoat layer 14 is When sieving the coated fuel particles 12 on which the overcoat layer 14 is formed during and at the end of the overcoat process, the mesh size of the sieve is appropriately set and the time for overcoat is adjusted to be long. Therefore, it can be adjusted to an appropriate thickness.

この場合、オーバーコート層14の具体的な厚み、即ち、高濃縮度を有する被覆燃料粒子12A、低濃縮度を有する被覆燃料粒子12Bをそれぞれどの程度の厚みにするかは、核設計や熱機械設計にも依存するので、必ずしも一義的に決定することができるものではないが、少なくとも当該被覆燃料粒子12の濃縮度に応じて十分な熱的機械的な強度を保てることを条件に、必要に応じて適宜設定することができる。なお、一般的には、1つの燃料コンパクト10当たりに投入される被覆燃料粒子12の数量があまりに低下しないように、ひいては、必要とされるウラン量を確保することができるように、低濃縮度を有する被覆燃料粒子12については、従前からの一般的な濃縮度と同程度の厚みのオーバーコート層14とすれば足りる。   In this case, the specific thickness of the overcoat layer 14, that is, the thickness of the coated fuel particles 12A having a high enrichment and the coated fuel particles 12B having a low enrichment, is determined depending on the nuclear design and the thermal machine. Since it depends on the design, it cannot be determined uniquely, but it is necessary on the condition that at least sufficient thermal mechanical strength can be maintained according to the enrichment of the coated fuel particles 12. It can be set accordingly. In general, the low enrichment level can be ensured so that the quantity of uranium required can be secured so that the quantity of the coated fuel particles 12 introduced per one fuel compact 10 does not decrease too much. For the coated fuel particles 12 having the above, it is sufficient if the overcoat layer 14 has a thickness comparable to that of a conventional general enrichment.

本発明は、オーバーコートされた燃料粒子を、燃料棒等の種々の形態の燃料コンパクトに加工することに適用することができる。   The present invention can be applied to processing overcoated fuel particles into various forms of fuel compacts such as fuel rods.

本発明の燃料コンパクトの一部破断側面図である。It is a partially broken side view of the fuel compact of this invention. 従来の燃料コンパクトの一部破断側面図である。It is a partially broken side view of the conventional fuel compact.

符号の説明Explanation of symbols

10 燃料コンパクト
12 被覆燃料粒子
12A 高濃縮度を有する被覆燃料粒子
12B 低濃縮度を有する被覆燃料粒子
14 オーバーコート層
14A 高濃縮度を有する被覆燃料粒子に形成されたオーバーコート層
14B 低高濃縮度を有する被覆燃料粒子に形成されたオーバーコート層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel compact 12 Coated fuel particle 12A Coated fuel particle 12A with high enrichment 12B Coated fuel particle with low enrichment 14 Overcoat layer 14A Overcoat layer 14B formed on coated fuel particle with high enrichment 14B Low high enrichment Overcoat layer formed on coated fuel particles having

Claims (6)

異なる濃縮度を有する複数の種類の被覆燃料粒子の表面に黒鉛マトリックス材をコーティングしてオーバーコート層を形成した後、前記オーバーコート層を有する被覆燃料粒子から燃料コンパクトを製造する方法において、前記被覆燃料粒子の濃縮度に応じて異なる厚みの前記オーバーコート層を形成して、前記異なる厚みのオーバーコート層を有する複数の種類の被覆燃料粒子を一体化させて燃料コンパクトとすることを特徴とする燃料コンパクトの製造方法。 In the method for producing a fuel compact from the coated fuel particles having the overcoat layer after coating the surface of a plurality of types of coated fuel particles having different enrichments with a graphite matrix material to form an overcoat layer, The overcoat layer having different thicknesses is formed according to the concentration of fuel particles, and a plurality of types of coated fuel particles having the overcoat layers having different thicknesses are integrated to form a fuel compact. Fuel compact manufacturing method. 請求項1に記載された燃料コンパクトの製造方法であって、前記濃縮度が高い被覆燃料粒子ほど前記オーバーコート層の厚みを厚く形成することを特徴とする燃料コンパクトの製造方法。 2. The method for producing a fuel compact according to claim 1, wherein the overcoat layer is formed thicker as the coated fuel particles having a higher concentration. 異なる濃縮度を有する複数の種類の被覆燃料粒子の表面に黒鉛マトリックス材をコーティングして形成されたオーバーコート層を有するオーバーコート粒子から成る燃料コンパクトにおいて、前記オーバーコート層は、前記被覆燃料粒子の濃縮度に応じた異なる厚みを有することを特徴とする燃料コンパクト。 In the fuel compact comprising overcoat particles having an overcoat layer formed by coating a surface of a plurality of types of coated fuel particles having different enrichments with a graphite matrix material, the overcoat layer is formed of the coated fuel particles. A fuel compact characterized by having different thicknesses depending on the degree of enrichment. 請求項3に記載された燃料コンパクトであって、前記濃縮度が高い被覆燃料粒子ほど厚いオーバーコート層を有することを特徴とする燃料コンパクト。 4. The fuel compact according to claim 3, wherein the coated fuel particles having a higher enrichment have a thicker overcoat layer. 異なる濃縮度を有する複数の種類の被覆燃料粒子の表面に、黒鉛マトリックス材をコーティングしてオーバーコート層を形成する被覆燃料粒子のオーバーコート方法において、前記被覆燃料粒子の濃縮度に応じて異なる厚みの前記オーバーコート層を形成することを特徴とする被覆燃料粒子のオーバーコート方法。 In a method for overcoating coated fuel particles in which an overcoat layer is formed on a surface of a plurality of types of coated fuel particles having different enrichments by coating a graphite matrix material, the thickness varies depending on the concentration of the coated fuel particles. A method for overcoating coated fuel particles, wherein the overcoat layer is formed. 請求項5に記載された被覆燃料粒子のオーバーコート方法であって、前記濃縮度が高い被覆燃料粒子ほど前記オーバーコート層の厚みを厚く形成することを特徴とする被覆燃料粒子のオーバーコート方法。
6. The method of overcoating coated fuel particles according to claim 5, wherein the coated fuel particles having a higher enrichment form a thicker overcoat layer.
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