JP2007084376A - Apparatus for manufacturing ammonium diuranate particle - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置に関し、さらに詳しくは、安全な臨界管理の下に、高い真球度を有する燃料核粒子を効率よく得ることのできる重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for producing ammonium heavy uranate particles, and more specifically, an apparatus for producing ammonium heavy uranate particles capable of efficiently obtaining fuel core particles having high sphericity under safe critical control. About.
高温ガス炉の燃料を投入する炉心は、熱容量が大きく、高温健全性に優れた黒鉛により形成されている。この高温ガス炉においては、冷却ガスとして、高温下でも化学反応を起こすことがなく、安全性の高いヘリウムガスなどの気体が用いられているので、出口温度が高い場合でも、冷却ガスを安全に取り出すことができる。したがって、炉心の温度が900℃程度まで上昇したとしても、高温に加熱された前記冷却ガスは、発電はもとより、水素製造装置、その他の化学プラントなど、幅広い分野において、安全な熱利用を可能としている。 The core into which the fuel of the high-temperature gas reactor is charged is formed of graphite having a large heat capacity and excellent high-temperature soundness. In this high-temperature gas furnace, a gas such as helium gas that does not cause a chemical reaction even at high temperatures and has high safety is used as the cooling gas, so even if the outlet temperature is high, the cooling gas can be safely used. It can be taken out. Therefore, even if the temperature of the core rises to about 900 ° C., the cooling gas heated to a high temperature can be used safely in a wide range of fields such as power generation, hydrogen production equipment, and other chemical plants. Yes.
また、この高温ガス炉に投入される高温ガス炉用燃料は、一般的に、燃料核とこの燃料核の周囲を被覆する被覆層とを備えて成る。燃料核は、例えば、二酸化ウランをセラミックス状に焼結して成る直径約350〜650μmの微粒子である。 Moreover, the fuel for a high temperature gas reactor to be charged into the high temperature gas reactor generally includes a fuel core and a coating layer that covers the periphery of the fuel core. The fuel core is, for example, fine particles having a diameter of about 350 to 650 μm formed by sintering uranium dioxide into a ceramic form.
前記被覆層は、4層構造をなし、燃料核表面側より、第一層、第二層、第三層および第四層を有している。第一層は、密度約1g/cm3の低密度熱分解炭素により形成され、ガス状の核分裂生成物(FP)のガス溜めとしての機能を有すると共に、燃料核のスウェリングを吸収するバッファとしての機能をも有している。第二層は、密度約1.8g/cm3の高密度熱分解炭素により形成され、ガス状FPの保持機能を有している。第三層は、密度約3.2g/cm3の炭化珪素(SiC)により形成され、固体FPの保持機能を有し、被覆層の主要な強度部材である。また、第四層は、密度約1.8g/cm3の高密度熱分解炭素により形成され、ガス状FPの保持機能を有すると共に、第三層の保護層としての機能をも有している。これら被覆層を形成する被覆粒子の直径は、通常は、約500〜1500μmである。 The coating layer has a four-layer structure, and has a first layer, a second layer, a third layer, and a fourth layer from the fuel core surface side. The first layer is formed of low-density pyrolytic carbon having a density of about 1 g / cm 3 , functions as a gas reservoir for gaseous fission products (FP), and serves as a buffer for absorbing fuel nuclear swelling. It also has the function of The second layer is formed of high-density pyrolytic carbon having a density of about 1.8 g / cm 3 and has a function of holding a gaseous FP. The third layer is formed of silicon carbide (SiC) having a density of about 3.2 g / cm 3 , has a function of holding a solid FP, and is a main strength member of the coating layer. The fourth layer is formed of high-density pyrolytic carbon having a density of about 1.8 g / cm 3 and has a function of holding a gaseous FP and also a function of a protective layer of the third layer. . The diameter of the coated particles forming these coating layers is usually about 500 to 1500 μm.
前記燃料核表面に前記4層の被覆層を形成して成る被覆燃料粒子は、黒鉛マトリックス中に分散され、一定形状の燃料コンパクトの形態に成型加工され、さらにこの燃料コンパクトは、黒鉛により形成された筒に一定数量収容され、上下に栓をして、燃料棒の形態とされる。最終的には、この燃料棒は、六角柱型黒鉛ブロックが有する複数の挿入口に入れられ、この六角柱型黒鉛ブロックを多数個、ハニカム状に配列し、複数段重ねることによって炉心が形成される。 The coated fuel particles formed by forming the four coating layers on the surface of the fuel core are dispersed in a graphite matrix and formed into a fixed shape of a fuel compact. The fuel compact is formed of graphite. A certain amount is accommodated in the cylinder and plugged up and down to form a fuel rod. Ultimately, this fuel rod is inserted into a plurality of insertion holes of the hexagonal column type graphite block, and a core is formed by arranging a plurality of the hexagonal column type graphite blocks in a honeycomb shape and stacking a plurality of stages. The
このような高温ガス炉用燃料は、一般的に、以下のような工程を経ることによって製造することができる。まず、酸化ウラン粉末を硝酸に溶解して硝酸ウラニル溶液を調製する。次いで、この硝酸ウラニル溶液と増粘剤含有水溶液とを混合し、重ウラン酸アンモニウム粒子製造用原液(以下、単に「原液」ということがある。)を調製する。増粘剤は、後記のアンモニア水溶液中に滴下される原液である硝酸ウラニルの液滴の粘度を調整するために添加される物質である。 Such a HTGR fuel can generally be manufactured through the following steps. First, a uranium nitrate solution is prepared by dissolving uranium oxide powder in nitric acid. Next, the uranyl nitrate solution and the thickener-containing aqueous solution are mixed to prepare a stock solution for producing ammonium biuranate particles (hereinafter sometimes simply referred to as “stock solution”). A thickener is a substance added to adjust the viscosity of a droplet of uranyl nitrate, which is a stock solution dropped into an aqueous ammonia solution described later.
前記増粘剤としては、例えば、ポリビニルアルコール、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、メトローズなどを挙げることができる。このようにして調製された原液は、所定の温度に冷却された後、原液滴下器が有する細径の原液滴下ノズルから、このノズルを振動させることによってアンモニア水溶液貯槽内のアンモニア水溶液中に滴下される。 Examples of the thickener include polyvinyl alcohol, a resin that has a property of solidifying under alkaline conditions, polyethylene glycol, and metroses. The stock solution prepared in this manner is cooled to a predetermined temperature, and then dropped from the small-diameter original droplet lower nozzle of the original droplet lowering device into the aqueous ammonia solution in the ammonia aqueous solution storage tank by vibrating the nozzle. The
アンモニア水溶液中に滴下される液滴には、アンモニア水溶液表面に達するまでの空間において、アンモニアガスが吹きかけられる。このアンモニアガスによって液滴表面がゲル化して被膜が形成されるので、ゲル被膜が形成された液滴粒子は、アンモニア水溶液表面に落下する際の衝撃による変形が防止され、アンモニア水溶液貯槽内のアンモニアと反応して重ウラン酸アンモニウム粒子が形成される。形成された重ウラン酸アンモニウム粒子がアンモニア水溶液貯槽の下部において堆積状態となって、上に乗った重ウラン酸アンモニウム粒子の荷重により下の重ウラン酸アンモニウム粒子が変形しないよう、アンモニア水溶液貯槽内のアンモニア水溶液はアンモニア水溶液貯槽の下側から上側に向かって循環されている。 The droplets dropped into the aqueous ammonia solution are sprayed with ammonia gas in the space up to the surface of the aqueous ammonia solution. Since the surface of the droplet gels by this ammonia gas and a film is formed, the droplet particles on which the gel film is formed are prevented from being deformed by impact when falling onto the surface of the aqueous ammonia solution, and the ammonia in the aqueous ammonia solution storage tank To form ammonium deuterated uranate particles. The formed ammonium heavy uranate particles are deposited in the lower part of the aqueous ammonia storage tank, and the lower ammonium heavy uranate particles are not deformed by the load of the ammonium heavy uranate particles riding on the upper part of the aqueous ammonia storage tank. The aqueous ammonia solution is circulated from the lower side to the upper side of the aqueous ammonia solution storage tank.
アンモニア水溶液貯槽において形成された重ウラン酸アンモニウム粒子は、アンモニア水溶液貯槽に続設された後処理装置に移送される。この重ウラン酸アンモニウム粒子の後処理装置への移送は、通常は、アンモニア水溶液貯槽と後処理装置とを繋ぐ配管の弁を開放し、自重によりアンモニア水溶液と共に落下させることによって行われる。この後処理装置は、後処理槽を回転させながら、加熱により粒子の中心まで完全に硝酸ウラニルとアンモニアとを反応させて重ウラン酸アンモニウムを生成させる処理(熟成処理)、温水などにより重ウラン酸アンモニウム粒子を洗浄する処理(洗浄処理)および乾燥する処理(乾燥処理)を施す装置である。 The ammonium heavy uranate particles formed in the ammonia aqueous solution storage tank are transferred to a post-treatment device that is connected to the ammonia aqueous solution storage tank. The transfer of the heavy ammonium uranate particles to the post-treatment device is normally performed by opening a valve of a pipe connecting the ammonia aqueous solution storage tank and the post-treatment device and dropping it together with the aqueous ammonia solution by its own weight. In this post-treatment device, while rotating the post-treatment tank, by heating, the uranyl nitrate and ammonia are completely reacted to the center of the particles to produce ammonium heavy uranate (ripening treatment), heavy uranic acid with hot water, etc. It is an apparatus that performs a process for cleaning ammonium particles (cleaning process) and a process for drying (drying process).
熟成、洗浄および乾燥処理された重ウラン酸アンモニウム粒子は、大気中で焙焼され、三酸化ウラン粒子となる。さらに、この三酸化ウラン粒子は、還元および焼結することにより、高密度のセラミックス状の二酸化ウラン粒子となる。このようにして形成された二酸化ウラン粒子は分級され、所定の粒子径を有する燃料核微粒子として得られる。 Aged, washed and dried ammonium heavy uranate particles are roasted in air to form uranium trioxide particles. Further, the uranium trioxide particles are reduced and sintered to become high-density ceramic-like uranium dioxide particles. The uranium dioxide particles thus formed are classified and obtained as fuel core fine particles having a predetermined particle diameter.
このようにして得られた燃料核微粒子は、流動床に装荷され、被覆用ガスを熱分解することによって被覆が施される。例えば、前記第一層は、約1400℃でアセチレンを熱分解することによって形成することができ、前記第二層および第四層は、約1500℃でプロピレンを熱分解することによって形成することができる。また、例えば、前記第三層は、約1600℃でメチルトリクロロシランを熱分解することによって形成することができる。通常の燃料コンパクトは、被覆燃料粒子を黒鉛粉末および粘結剤などから成る黒鉛マトリックス材と共に中空円筒状または中密円筒状にプレス成型またはモールド成型した後、焼成して製造することができる。(非特許文献1および2参照)。
The fuel core particles obtained in this way are loaded onto a fluidized bed and coated by thermally decomposing the coating gas. For example, the first layer can be formed by pyrolyzing acetylene at about 1400 ° C., and the second and fourth layers can be formed by pyrolyzing propylene at about 1500 ° C. it can. For example, the third layer can be formed by thermally decomposing methyltrichlorosilane at about 1600 ° C. A normal fuel compact can be manufactured by press-molding or molding coated fuel particles into a hollow cylindrical shape or a medium-density cylindrical shape together with a graphite matrix material composed of graphite powder, a binder, and the like, followed by firing. (See
このような核燃料の製造において、臨界事故を防止する手段としては、一般的に、取り扱うウランの量を臨界質量以下とする「質量制限」と、ウランの量に関係なく、臨界状態を生じることのない形状または寸法を有する装置を用いる「形状制限」とがある。 In the production of such nuclear fuels, as a means of preventing criticality accidents, in general, a “mass limit” in which the amount of uranium handled is less than the critical mass and that a critical state occurs regardless of the amount of uranium. There is a “shape restriction” that uses a device with no shape or size.
前記「質量制限」を臨界事故の防止手段とする場合、濃縮度10%以下のウランに対する最大取扱量は9.6kg、濃縮度20%以下のウランに対する最大取扱量は4kgとなる。したがって、各工程のバッチサイズは、前記値以下としなければならない。より安全な見地からすると、誤って二重装荷した場合を考慮して、各工程のバッチサイズは、前記値の1/2以下にしなければならず、製造効率は低下し、量産の観点からは、適切な臨界管理対策とはいい得ない手段である。 When the “mass restriction” is used as a means for preventing a criticality accident, the maximum handling amount for uranium having a concentration of 10% or less is 9.6 kg, and the maximum handling amount for uranium having a concentration of 20% or less is 4 kg. Therefore, the batch size of each process must be less than or equal to the above value. From a safer point of view, considering the case of double loading by mistake, the batch size of each process must be ½ or less of the above value, the production efficiency is reduced, from the viewpoint of mass production Is a tool that cannot be considered an appropriate criticality control measure.
一方、前記「形状制限」を臨界事故の防止手段とする場合、濃縮度10%以下のウランに対する円筒状設備の直径は19.8cm以下、平板状設備の厚さは8.3cm以下となる。また、濃縮度20%以下のウランに対する円筒状設備の直径は17.4cm以下、平板状設備の厚さは6.7cm以下となる。 On the other hand, when the “shape restriction” is used as a means for preventing criticality accidents, the diameter of cylindrical equipment for uranium with a concentration of 10% or less is 19.8 cm or less, and the thickness of flat equipment is 8.3 cm or less. Moreover, the diameter of the cylindrical equipment with respect to uranium with a concentration of 20% or less is 17.4 cm or less, and the thickness of the flat equipment is 6.7 cm or less.
前記「形状制限」を臨界事故の防止手段とする場合は、取り扱うウランの量に制限がないため、量産には好ましい手段ということができるが、高濃縮度ウランになるにつれて形状制限における寸法制限値は小さくなるため、燃料核を製造する設備は、細長い円筒状または薄い平板状とならざるを得なかった。 When the “shape restriction” is used as a means for preventing criticality accidents, there is no restriction on the amount of uranium to be handled, so it can be said that it is a preferable means for mass production. Therefore, the facility for producing fuel nuclei had to be in the shape of an elongated cylinder or a thin flat plate.
ところで、前記の高温ガス炉用燃料の製造工程のうち、酸化ウラン粉末を硝酸に溶解して硝酸ウラニル溶液を調製し、この調製された硝酸ウラニル溶液とに増粘剤水溶液とを混合処理して調製された重ウラン酸アンモニウム粒子製造用原液を、アンモニア水溶液中に滴下して重ウラン酸アンモニウム粒子を形成する工程にあっては、アンモニア水溶液を貯留するアンモニア水溶液貯槽内において、先に形成された重ウラン酸アンモニウム粒子の上に、後に形成された重ウラン酸アンモニウム粒子が堆積していくために、その重量により、先に形成された重ウラン酸アンモニウム粒子が変形し、得られる燃料核粒子の真球度が悪化するという問題があった。 By the way, among the manufacturing processes of the HTGR fuel, uranium oxide powder is dissolved in nitric acid to prepare a uranyl nitrate solution, and this prepared uranyl nitrate solution is mixed with a thickener aqueous solution. In the step of dropping the prepared ammonium heavy uranate particle production stock solution into the aqueous ammonia solution to form ammonium heavy uranate particles, the aqueous solution containing the aqueous ammonia solution was previously formed in the aqueous ammonia storage tank. Since the ammonium heavy uranate particles formed later are deposited on the ammonium heavy uranate particles, the previously formed ammonium heavy uranate particles are deformed by the weight, and the resulting fuel core particles There was a problem that the sphericity deteriorated.
本出願人は、アンモニア水溶液をアンモニア水溶液貯槽の下方から上方へと循環させることによって、前記問題を解消し、この知見に基づいて特許出願した(特願2003−348727、特願2004−026134)。しかしながら、高濃縮度ウランを原料として用いると、前記アンモニア水溶液貯槽が細長い円筒状または薄い平板状の槽としなければならないため、アンモニア水溶液を循環させるのみでは、重ウラン酸アンモニウム粒子を十分に流動させることができず、得られる燃料核粒子の真球度の悪化という問題が再び、浮上してきた。 The present applicant solved the problem by circulating an aqueous ammonia solution from the bottom to the top of the aqueous ammonia storage tank, and applied for a patent based on this finding (Japanese Patent Application Nos. 2003-348727 and 2004-026134). However, when highly enriched uranium is used as a raw material, the aqueous ammonia storage tank must be an elongated cylindrical or thin flat tank, so that the ammonium heavy uranate particles are sufficiently fluidized only by circulating the aqueous ammonia solution. The problem of worsening the sphericity of the resulting fuel core particles has emerged again.
この発明は、このような従来の問題を解消し、安全な臨界管理の下に、高い真球度を有する燃料核粒子を効率よく得ることのできる重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置を提供することをその課題とする。 An object of the present invention is to provide an apparatus for producing ammonium deuterated uranate particles, which can solve such conventional problems and can efficiently obtain fuel core particles having high sphericity under safe criticality control. Is the subject.
本発明者は、前記課題を解決するために、アンモニア水溶液貯槽の形状およびアンモニア水溶液貯槽の内部構造について種々検討した結果、アンモニア水溶液貯槽を、縦方向に平盤状に形成し、かつこの平盤状のアンモニア水溶液貯槽の内部に、中性子吸収体を配置することによって、前記課題が解決できるということを見出し、この知見に基づいてこの発明を完成するに到った。 In order to solve the above problems, the present inventor has made various studies on the shape of the aqueous ammonia storage tank and the internal structure of the aqueous ammonia storage tank. As a result, the aqueous ammonia storage tank was formed into a flat plate shape in the vertical direction. It has been found that the above problem can be solved by disposing a neutron absorber inside the aqueous ammonia storage tank, and the present invention has been completed based on this finding.
すなわち、この発明の前記課題を解決するための手段は、
硝酸ウラニルと増粘剤とを含有する重ウラン酸アンモニウム粒子製造用原液を、アンモニア水溶液を貯留するアンモニア水溶液貯槽に滴下して製造する重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置であって、前記アンモニア水溶液貯槽を、縦方向に平盤状に形成し、かつ前記平盤状に形成されたアンモニア水溶液貯槽の内部に、中性子吸収体を配置して成ることを特徴とする重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置
である。
That is, the means for solving the problems of the present invention are:
An apparatus for producing ammonium heavy uranate particles produced by dropping a stock solution for producing ammonium heavy uranate particles containing uranyl nitrate and a thickener into an ammonia aqueous solution storage tank for storing an ammonia aqueous solution, the ammonia aqueous solution storage tank Is formed in a flat plate shape in the vertical direction, and a neutron absorber is disposed inside the ammonia aqueous solution storage tank formed in the flat plate shape. is there.
この発明の前記手段における好ましい態様としては、下記(1)〜(4)の重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置を挙げることができる。
(1)前記中性子吸収体が、棒状体である重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置。
(2)前記中性子吸収体の配置数が、2〜15である重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置。
(3)前記中性子吸収体が、ボロンを含有したステンレスにより形成されて成る重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置。
(4)前記アンモニア水溶液貯槽に、アンモニア水溶液をアンモニア水溶液貯槽の下方から上方へと循環させるアンモニア水溶液循環配管を備えて成る重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置。
Preferred embodiments of the above means of the present invention include the following (1) to (4) ammonium biuranate particle production apparatuses.
(1) The apparatus for producing ammonium heavy uranate particles, wherein the neutron absorber is a rod-shaped body.
(2) The apparatus for producing ammonium heavy uranate particles, wherein the number of arranged neutron absorbers is 2 to 15.
(3) An apparatus for producing ammonium heavy uranate particles, wherein the neutron absorber is formed of stainless steel containing boron.
(4) An apparatus for producing ammonium heavy uranate particles, comprising an ammonia aqueous solution circulation pipe for circulating an aqueous ammonia solution from the lower side to the upper side of the aqueous ammonia solution tank in the aqueous ammonia solution tank.
この発明の重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置は、原液を滴下して重ウラン酸アンモニウム粒子を製造するアンモニア水溶液貯槽が、縦方向に平盤状に形成されていることから、装荷されるウラン量に拘束されることなく形状制限とする際の前記アンモニア水溶液貯槽の平盤厚さを大きくすることができる。また、前記平盤状に形成されたアンモニア水溶液貯槽の内部に中性子吸収体が配置されていることから、高濃縮度ウランを原料とする場合においても、重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置の大きさ(バッチサイズ)を小さくすることなく、安全な臨界管理の下に重ウラン酸アンモニウム粒子を製造することができるという効果を奏する。 The apparatus for producing ammonium heavy uranate particles according to the present invention is an aqueous ammonia storage tank for producing ammonium heavy uranate particles by dropping a stock solution, and is formed in a flat plate shape in the vertical direction. Therefore, it is possible to increase the flat plate thickness of the ammonia aqueous solution storage tank when the shape is limited without being restricted by the shape. Moreover, since a neutron absorber is disposed inside the aqueous ammonia storage tank formed in the flat plate shape, even when using highly enriched uranium as a raw material, the size of the apparatus for producing ammonium deuterated uranium particles There is an effect that ammonium heavy uranate particles can be produced under safe critical control without reducing (batch size).
さらに、前記中性子吸収体を複数配置することにより、形状制限をする際の平盤状に形成された前記アンモニア水溶液貯槽における平盤厚さをより大きくとることができるようになり、バッチサイズを一層大きくすることができるため、アンモニア水溶液の循環によってアンモニア水溶液を円滑に流動させることができる。このアンモニア水溶液の流動によって、形成される重ウラン酸アンモニウム粒子も流動し、アンモニア水溶液貯槽内において、先に形成された重ウラン酸アンモニウム粒子の上に後に形成された重ウラン酸アンモニウム粒子が堆積することがない。したがって、重ウラン酸アンモニウム粒子に変形を来たすことがなく、最終的に真球度の高い燃料核粒子を得ることができるという効果を奏する。 Furthermore, by arranging a plurality of the neutron absorbers, it becomes possible to increase the thickness of the flat plate in the ammonia aqueous solution storage tank formed in a flat plate shape when the shape is limited, and the batch size can be further increased. Since it can be enlarged, the aqueous ammonia solution can be made to flow smoothly by circulation of the aqueous ammonia solution. Due to the flow of the aqueous ammonia solution, the formed ammonium heavy uranate particles also flow, and in the aqueous ammonia storage tank, the later formed ammonium heavy uranate particles are deposited on the previously formed ammonium heavy uranate particles. There is nothing. Therefore, there is an effect that fuel nuclear particles having high sphericity can be finally obtained without causing deformation of ammonium heavy uranate particles.
この発明の重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置の一例を、図面に基づいて説明する。図1(a)は、一部切欠部を有するこの発明の重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置の一例を示す斜視図である。 An example of an apparatus for producing ammonium heavy uranate particles according to the present invention will be described with reference to the drawings. Fig.1 (a) is a perspective view which shows an example of the manufacturing apparatus of the ammonium heavy uranate particle | grains of this invention which has a notch part partially.
この発明の重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置1は、アンモニア水溶液2を貯留するアンモニア水溶液貯槽3を本体とし、このアンモニア水溶液貯槽3の上蓋4には、略中央に、硝酸ウラニルと増粘剤とを含有する重ウラン酸アンモニウム粒子製造用原液を滴下させる原液滴下孔5が設けられている。この原液滴下孔5から、所定の温度に冷却された原液が、細径の原液滴下ノズル(図示していない。)を振動させることにより原液の液滴6となって、アンモニア水溶液貯槽3内へ滴下される。アンモニア水溶液貯槽3内へ滴下された原液の液滴6は、アンモニア水溶液貯槽3内のアンモニアと前記硝酸ウラニルとが反応して重ウラン酸アンモニウム粒子となる。7は、アンモニア水溶液循環配管である。
An apparatus for producing ammonium
この発明の重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置1は、前記アンモニア水溶液貯槽3が、縦方向に平盤状に形成されている。この平盤状状のアンモニア水溶液貯槽3としては、例えば、図1(a)に示すように、縦長のホームベース型の槽を挙げることができるが、縦方向に平盤状に形成されている限り、その外的形状に制限はない。例えば、図1(b)に示すように、縦方向を長軸とし、横方向を短軸としたとき、前記短軸の長さが各々異なる形状であってもよく、図1(c)に示すように、楕円状であってもよい。図1(a)および図1(b)に示すアンモニア水溶液貯槽3の底部は、テーパ状に形成されていることが好ましい。前記アンモニア水溶液貯槽3の底部の先端にアンモニア水溶液循環配管7が備えられている。
In the
図2は、図1(a)のA−A断面を含む図である。この発明の重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置1は、前記平盤状状に形成されたアンモニア水溶液貯槽3の内部に、中性子吸収体8が配置されている。この中性子吸収体8は、アンモニア水溶液貯槽3内から放射される中性子および外部から浸入する中性子を吸収して、中性子がウランと核分裂を起こすことを防止する機能を有する部材である。
FIG. 2 is a view including the AA cross section of FIG. In the
前記中性子吸収体8は、中性子を吸収することのできる材料により形成されている限り制限はない。中性子を吸収することのできる材料としては、例えば、B、Gd、Sm、Eu、Cd、Dy、In、Er、Ta、Rh、Tm、Lu、Hf、Au、Re、Agなどの元素またはこれら元素を含有した金属などを挙げることができる。中でも、ボロン(B)を含有したステンレスが好ましい。このステンレスに含有されるボロンの量にも制限はないが、通常は少なくとも0.5質量%、好ましくは1.0〜2.0質量%である。
The
前記中性子吸収体8は、平盤状に形成されたアンモニア水溶液貯槽3の内部に配置することができる形状である限り、その形状に制限はなく、例えば、丸棒または角棒などの棒状体、平滑な板または凹凸表面を有する板などの板状体を挙げることができる。中でも、棒状体が好ましく、図2に示すように、丸棒であることが特に好ましい。中性子吸収面積をより大きくすることができると共に、流動する粒子が衝突したとしても変形が生じにくくなるからである。
The shape of the
また、前記中性子吸収体8は、複数配置されていることが好ましく、複数である限り、その配置数に制限はないが、2〜15であることが好ましい。中性子吸収体8を複数配置することにより、中性子吸収能を増大させて、形状制限をする際の前記平盤状に形成されたアンモニア水溶液貯槽3における平盤厚さを大きくとることができるようになり、前記バッチサイズをより大きくすることができるからである。
Moreover, it is preferable that the said
図3(a)は、図2のB−B断面を示す図である。前記中性子吸収体8は、図3(a)に示すように、平盤状に形成されたアンモニア水溶液貯槽3の内部に、水平に配置されていることが好ましい。水平に配置することにより、前記バッチサイズをより大きくすることができるからである。もっとも、前記中性子吸収体8の配置状態は、必ずしも水平であることを要せず、また、前記中性子吸収体8の両端が前記アンモニア水溶液貯槽3の内壁に接していなくてもよい。例えば、図(b)〜図(f)に示すような配置状態を挙げることができる。
Fig.3 (a) is a figure which shows the BB cross section of FIG. As shown in FIG. 3A, the
また、前記中性子吸収体8の配置間隔は、図2および図3(a)に示すように、略等間隔であることが好ましいが、必ずしも略等間隔に拘束されることはなく、所望する中性子吸収体8の数にしたがって適宜、配置すればよい。
Further, as shown in FIG. 2 and FIG. 3A, the interval between the
この発明の重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置1においては、図1(a)および図2に示すように、アンモニア水溶液2をアンモニア水溶液貯槽3の下方から上方へと循環させるアンモニア水溶液循環配管7を備えていることが好ましい。このアンモニア水溶液2の流動によって、形成された重ウラン酸アンモニウム粒子が流動し、アンモニア水溶液貯槽3内において、先に形成された重ウラン酸アンモニウム粒子の上に後に形成された重ウラン酸アンモニウム粒子が堆積することがないので、重ウラン酸アンモニウム粒子に変形を来たすことがなく、最終的に真球度の高い燃料核粒子を得ることができるからである。9は、アンモニア水溶液2を循環させるための送液ポンプである。
In the
この発明の重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置1を用いて重ウラン酸アンモニウム粒子を製造するには、まず、例えば、酸化ウランを硝酸に溶解して硝酸ウラニル溶液を調製する。このときの調製条件に特に制限はないが、硝酸(HNO3)/ウラン(U)のモル比を、通常は、2.1〜2.6、好ましくは、2.3〜2.5とし、通常は、90〜140℃、好ましくは、95〜130℃で、混合することによって調製される。
In order to produce ammonium heavy uranate particles using the
次いで、前記のとおり調製された硝酸ウラニル溶液と増粘剤水溶液とを混合し、重ウラン酸アンモニウム粒子製造用原液を調製する。前記増粘剤としては、例えば、ポリビニルアルコール、カルボキシビニルポリマー、ポリビニルピロリドン、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリエチレングリコール、メトローズ、水溶性環状エーテルなどの水溶性高分子物質、アルカリ条件下で凝固する性質を有する樹脂などを挙げることができる。中でも、ポリビニルアルコールが好ましい。これら増粘剤は、二種以上を併用してもよい。 Next, the uranyl nitrate solution prepared as described above and the thickener aqueous solution are mixed to prepare a stock solution for producing ammonium biuranate particles. Examples of the thickener include water-soluble polymer substances such as polyvinyl alcohol, carboxyvinyl polymer, polyvinylpyrrolidone, methylcellulose, hydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose, polyethylene glycol, metroses, and water-soluble cyclic ether, and coagulation under alkaline conditions. Examples thereof include resins having the property of Among these, polyvinyl alcohol is preferable. Two or more of these thickeners may be used in combination.
前記原液は、調製される原液の粘度を低下させて調整するために添加する物質として、テトラヒドロフルフリルアルコールなどの添加剤を含有していてもよい。 The stock solution may contain an additive such as tetrahydrofurfuryl alcohol as a substance to be added to reduce and adjust the viscosity of the prepared stock solution.
この発明においては、前記のとおり調製された、硝酸ウラニルと増粘剤とを含有する重ウラン酸アンモニウム粒子製造用原液を、所定の温度に冷却した後、細径の原液滴下ノズル(図示していない。)から、このノズルを振動させることによってアンモニア水溶液貯槽3内に滴下させる。滴下される原液の液滴6には、アンモニア水溶液2表面に達するまでの空間において、アンモニアガスが吹きかけられて、液滴表面がゲル化して被膜が形成された液滴となる。アンモニア水溶液貯槽3内に滴下された原液中の硝酸ウラニルは、アンモニアと反応して重ウラン酸アンモニウム粒子が形成される。
In the present invention, the stock solution for production of ammonium biuranate particles containing uranyl nitrate and a thickener prepared as described above is cooled to a predetermined temperature, and then a nozzle with a small-diameter original droplet (not shown) is shown. From this, the nozzle is vibrated and dropped into the ammonia aqueous
この形成された重ウラン酸アンモニウム粒子は、送液ポンプ9の駆動によって、アンモニア水溶液循環配管7を通じてアンモニア水溶液貯槽3の下方から上方へと循環するアンモニア水溶液2と共に、流動しながらアンモニア水溶液貯槽3の内外を循環する。このように循環させることによってアンモニアと硝酸ウラニルとの反応は促進され、堅固な重ウラン酸アンモニウムが製造される。
The formed ammonium deuterated uranium particles flow in the ammonia aqueous
このようにして製造された重ウラン酸アンモニウム粒子は、その後、熟成処理、洗浄処理および乾燥処理が施され、さらに、焙焼、還元および焼結することによって、高密度のセラミック状の二酸化ウラン粒子となる。この二酸化ウラン粒子は分級され、所定の粒子径を有する燃料核微粒子として取得される。 The ammonium uranate particles thus produced are then subjected to aging treatment, washing treatment and drying treatment, and further, roasted, reduced and sintered, whereby high-density ceramic uranium dioxide particles are obtained. It becomes. The uranium dioxide particles are classified and obtained as fuel core fine particles having a predetermined particle diameter.
この発明によれば、安全な臨界管理の下に高い真球度を有する燃料核粒子を効率よく得ることのできる重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置が提供され、高温ガス炉用燃料の製造分野に寄与するところは、きわめて多大である。 According to the present invention, there is provided an apparatus for producing ammonium heavy uranate particles capable of efficiently obtaining fuel core particles having high sphericity under safe critical control, and is used in the field of manufacturing high temperature gas reactor fuel. There is a tremendous contribution.
なお、前記燃料核粒子の真球度は、ある粒子について、任意の方向から燃料核粒子の直径を測定し、下記式によって求めることができる。
真球度=(測定中の最大直径)/(測定中の最小直径)
燃料核粒子の真球度は、その粒子がどの程度、真球に近いかを表す指数であり、真球に近いほど、1.00に近づく。
The sphericity of the fuel core particle can be obtained from the following equation by measuring the diameter of the fuel core particle from an arbitrary direction for a certain particle.
Sphericality = (maximum diameter during measurement) / (minimum diameter during measurement)
The sphericity of the fuel core particle is an index representing how close the particle is to the true sphere, and the closer to the true sphere, the closer to 1.00.
以下、実施例を挙げて、この発明をさらに具体的に説明するが、この実施例によって、この発明はなんら限定されることはない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the examples.
(実施例)
図1(a)、図2および図3(a)に示す重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置1を用い、重ウラン酸アンモニウム粒子を製造した。
(Example)
Ammonium heavy uranate particles were produced using the
〔硝酸ウラニル溶液の調製例〕
酸化ウラン粉末を硝酸に溶解し、100℃で1.5時間、混合して、硝酸ウラニル溶液(0.76mol−U/L)を調製した。
[Preparation example of uranyl nitrate solution]
Uranium oxide powder was dissolved in nitric acid and mixed at 100 ° C. for 1.5 hours to prepare a uranyl nitrate solution (0.76 mol-U / L).
〔重ウラン酸アンモニウム粒子製造用原液の調製例〕
前記のとおり調製された硝酸ウラニル溶液とテトラヒドロフルフリルアルコールを含有するポリビニルアルコール水溶液とを混合して、重ウラン酸アンモニウム粒子製造用原液を調製した。この原液におけるポリビニルアルコール濃度は12.5g/L、全原液に対するテトラヒドロフルフリルアルコールの割合は45容量%であった。また、この原液の粘度は、20℃で53×10−3Pa・s(53cP)であった。
[Preparation Example of Stock Solution for Production of Ammonium Heavy Uranate Particles]
A uranyl nitrate solution prepared as described above and a polyvinyl alcohol aqueous solution containing tetrahydrofurfuryl alcohol were mixed to prepare a stock solution for producing ammonium biuranate particles. The concentration of polyvinyl alcohol in this stock solution was 12.5 g / L, and the ratio of tetrahydrofurfuryl alcohol to the whole stock solution was 45% by volume. Moreover, the viscosity of this undiluted | stock solution was 53 * 10 < -3 > Pa * s (53cP) at 20 degreeC.
〔重ウラン酸アンモニウム粒子の製造〕
前記のとおり調製された、硝酸ウラニルと増粘剤とを含有する重ウラン酸アンモニウム粒子製造用原液を、10℃に冷却した後、細径の原液滴下ノズル(図示していない。)から、このノズルを振動させることによって、原液の液滴6としてアンモニア水溶液貯槽3内に滴下させた。原液の液滴6には、アンモニア水溶液2表面に達するまでの空間において、アンモニアガスを吹きかけた。アンモニア水溶液貯槽3内に滴下された原液中の硝酸ウラニルは、アンモニアと反応して重ウラン酸アンモニウム粒子が形成された。
[Production of ammonium heavy uranate particles]
After the stock solution for producing ammonium biuranate particles containing uranyl nitrate and a thickener prepared as described above was cooled to 10 ° C., it was supplied from a nozzle having a small diameter of the original droplet (not shown). By oscillating the nozzle, it was dropped into the ammonia aqueous
この形成された重ウラン酸アンモニウム粒子を、送液ポンプ9の駆動によって、アンモニア水溶液循環配管7を通じてアンモニア水溶液貯槽3の下方から上方へ、重ウラン酸アンモニウム粒子の沈降速度の二倍程度の速度になるような送液量でアンモニア水溶液2と共に、流動させながら循環させ、重ウラン酸アンモニウムを製造した。
The formed ammonium heavy uranate particles are driven from the lower part of the ammonia aqueous
(参考例)
〔燃料核微粒子の製造〕
その後、前記のとおり製造された重ウラン酸アンモニウム粒子を、アンモニア水溶液と共に後処理槽(図示していない。)に収容し、この後処理槽を回転させながら、80℃で1時間、熟成処理した後、80℃の水によって洗浄処理し、さらに、100℃で3時間、乾燥処理して、乾燥重ウラン酸アンモニウム粒子を得た。
(Reference example)
[Manufacture of fuel core particles]
Thereafter, the ammonium biuranate particles produced as described above were placed in a post-treatment tank (not shown) together with an aqueous ammonia solution, and aged at 80 ° C. for 1 hour while rotating the post-treatment tank. Thereafter, it was washed with water at 80 ° C. and further dried at 100 ° C. for 3 hours to obtain dry ammonium uranate particles.
さらに、前記乾燥重ウラン酸アンモニウム粒子を、大気中、550℃で3時間、焙焼して、三酸化ウラン粒子を得た。この三酸化ウラン粒子を、水素ガス雰囲気下、600℃で3時間、還元処理し、続いて、1550℃で1時間、焼結処理して、セラミックス状の燃料核微粒子を製造した。この燃料核微粒子の平均真球度は1.04であった。 Further, the dried ammonium heavy uranate particles were roasted in the atmosphere at 550 ° C. for 3 hours to obtain uranium trioxide particles. The uranium trioxide particles were subjected to reduction treatment at 600 ° C. for 3 hours in a hydrogen gas atmosphere, followed by sintering treatment at 1550 ° C. for 1 hour to produce ceramic fuel core fine particles. The average sphericity of the fuel core fine particles was 1.04.
(比較例)
前記中性子吸収体8を配置していない重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置を用いた以外は、実施例と同様にして重ウラン酸アンモニウム粒子を製造し、以下、参考例と同様にして燃料核微粒子を製造した。この燃料核微粒子の平均真球度は1.2を越えていた。
(Comparative example)
Ammonium heavy uranate particles were produced in the same manner as in the examples except that the apparatus for producing ammonium heavy uranate particles in which the
1 重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置
2 アンモニア水溶液
3 アンモニア水溶液貯槽
4 上蓋
5 原液滴下孔
6 原液の液滴
7 アンモニア水溶液循環配管
8 中性子吸収体
9 送液ポンプ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
The apparatus for producing ammonium heavy uranate particles according to any one of claims 1 to 4, wherein the ammonia aqueous solution storage tank is provided with an ammonia aqueous solution circulation pipe for circulating the ammonia aqueous solution from below to above the ammonia aqueous solution storage tank.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005273901A JP2007084376A (en) | 2005-09-21 | 2005-09-21 | Apparatus for manufacturing ammonium diuranate particle |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Country Status (1)
Country | Link |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104143364A (en) * | 2014-07-08 | 2014-11-12 | 中国核电工程有限公司 | Arrangement structure of neutron poisons in solution storage tank |
WO2018097393A1 (en) * | 2016-11-22 | 2018-05-31 | 한전원자력연료 주식회사 | Large-particle-size ammonium uranate hydrate crystal, and preparation method and apparatus therefor |
-
2005
- 2005-09-21 JP JP2005273901A patent/JP2007084376A/en not_active Withdrawn
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WO2018097393A1 (en) * | 2016-11-22 | 2018-05-31 | 한전원자력연료 주식회사 | Large-particle-size ammonium uranate hydrate crystal, and preparation method and apparatus therefor |
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