JP2008249608A - Method of measuring zirconium carbide layer density - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は炭化ジルコニウム層密度測定法に関し、特に、燃料核の表面側から第三層目に用いた炭化ジルコニウムの密度を容易に測定することができる炭化ジルコニウム層密度測定法に関する。 The present invention relates to a zirconium carbide layer density measuring method, and more particularly to a zirconium carbide layer density measuring method that can easily measure the density of zirconium carbide used as the third layer from the surface side of a fuel core.
高温ガス炉は、燃料を含む炉心構造を、熱容量が大きくて高温健全性の良好な黒鉛で構成している。高温ガス炉において、冷却ガスとして高温下でも化学反応の起こらないヘリウムガス等の気体を用いることにより、安全性が高く、出口温度が高い場合でも冷却ガスを取り出すことが可能となり、約900℃の高温熱は、発電はもちろん水素製造や化学プラント等、幅広い分野での安全な熱利用を可能にする。 In the high temperature gas reactor, the core structure including the fuel is made of graphite having a large heat capacity and good high-temperature soundness. In a high-temperature gas furnace, by using a gas such as helium gas that does not cause a chemical reaction even at a high temperature, the cooling gas can be taken out even when the outlet temperature is high. High-temperature heat enables safe heat utilization in a wide range of fields such as hydrogen production and chemical plants as well as power generation.
高温ガス炉の高温ガス炉用燃料は、二酸化ウラン(以下、「UO2」と略す場合がある。)をセラミックス状に焼結した、直径約350μm以上650μm以下の燃料核の周囲に計四層の被覆を施してなる。 The fuel for the HTGR of the HTGR is a total of four layers around a fuel core having a diameter of about 350 μm or more and 650 μm or less obtained by sintering uranium dioxide (hereinafter sometimes abbreviated as “UO 2 ”) into a ceramic form. Coating.
第一層は、密度が約1g/cm3の低密度熱分解炭素からなり、ガス状の核分裂生成物(以下、「FP」と略す場合がある。)のガス溜めとしての機能及び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有する。第二層は、密度が約1.8g/cm3の高密度熱分解炭素からなり、ガス状FPの保持機能を有する。第三層は、炭素珪素(以下、「SiC」と略す場合がある。)もしくは炭化ジルコニウム(以下、「ZrC」と略す場合がある。)からなり、固体FPの保持機能を有し、被覆層の主要な強度材である。第四層は、第二層と同様に密度が約1.8g/cm3の高密度熱分解炭素からなり、ガス状FPの保持機能を有し、かつ第三層の保護層としての機能も有する。 The first layer is made of low-density pyrolytic carbon having a density of about 1 g / cm 3 , functions as a gas reservoir for gaseous fission products (hereinafter sometimes referred to as “FP”), and fuel nucleus. It functions as a buffer that absorbs swelling. The second layer is made 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 made of carbon silicon (hereinafter sometimes abbreviated as “SiC”) or zirconium carbide (hereinafter sometimes abbreviated as “ZrC”), has a function of holding a solid FP, and is a coating layer. The main strength material. The fourth layer is made of high-density pyrolytic carbon having a density of about 1.8 g / cm 3 like the second layer, has a function of holding the gaseous FP, and also functions as a protective layer for the third layer. Have.
一般的な被覆粒子の直径は、約500μm以上1000μm以下である。被覆粒子は黒鉛マトリックス中に分散させ、一定形状の燃料コンパクトの形に成型加工される。さらに、黒鉛でできた筒にコンパクトを一定数量入れ、上下に栓をした燃料棒の形にされる。最終的に燃料棒は、六角柱型黒鉛ブロックの複数の挿入口に入れられ、この六角柱型ブロックを多数個、ハニカム配列に複数段重ねて炉心を構成している。 The diameter of a general coated particle is about 500 μm or more and 1000 μm or less. The coated particles are dispersed in a graphite matrix and molded into a fixed fuel compact shape. In addition, a certain amount of compact is put in a cylinder made of graphite, and it is shaped like a fuel rod that is plugged up and down. Finally, the fuel rod is inserted into a plurality of insertion ports of the hexagonal column type graphite block, and a plurality of the hexagonal column type blocks are stacked in a honeycomb array to constitute a core.
以上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て製造される。 The HTGR fuel as described above is generally manufactured through the following steps.
まず、酸化ウランの粉末を硝酸に溶かして硝酸ウラニル原液とする。次に、この硝酸ウラニル原液に純水及び増粘剤を添加し、攪拌して滴下原液とする。増粘剤は、滴下された硝酸ウラニル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。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、メトローズ等を用いることができる。調製された滴下原液は、所定の温度に冷却されることにより、その粘度が調製され、細径の滴下ノズルを用いてアンモニア水溶液に滴下される。このアンモニア水溶液に滴下された液滴は、アンモニア水溶液表面に達するまでの間に、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、液滴表面がゲル化されるので、アンモニア水溶液表面到達時における液滴の変形を防止することができる。アンモニア水溶液中における液滴中の硝酸ウラニルは、アンモニアと十分に反応し、重ウラン酸アンモニウムとなる。これにより、アンモニア水溶液中で重ウラン水溶液粒子が形成される。重ウランアンモニウム粒子は、大気中で焙焼されて三酸化ウラン粒子が形成された後、三酸化ウラン粒子が還元及び焼結されることにより、高密度のセラミック状二酸化ウラン燃料核粒子を形成する。 First, uranium oxide powder is dissolved in nitric acid to obtain a uranyl nitrate stock solution. Next, pure water and a thickener are added to this uranyl nitrate stock solution, and stirred to obtain a dripping stock solution. The thickener is added so that the dropped uranyl nitrate droplet becomes a true sphere due to its surface tension during dropping. As the 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. The prepared dropping stock solution is cooled to a predetermined temperature to adjust its viscosity, and is dropped into an aqueous ammonia solution using a small-diameter dropping nozzle. The droplets dropped onto the aqueous ammonia solution are sprayed with ammonia gas before reaching the surface of the aqueous ammonia solution. Since the droplet surface is gelled by this ammonia gas, it is possible to prevent the droplet from being deformed when reaching the surface of the aqueous ammonia solution. Uranyl nitrate in the droplets in the aqueous ammonia solution sufficiently reacts with ammonia to become ammonium heavy uranate. Thereby, heavy uranium aqueous solution particles are formed in the aqueous ammonia solution. Heavy uranium ammonium particles are roasted in the atmosphere to form uranium trioxide particles, and then the uranium trioxide particles are reduced and sintered to form high density ceramic uranium dioxide fuel core particles. .
この燃料核粒子を流動床に装荷し、被覆層を形成するためのガスを熱分解させることにより被覆を施す。第一層の低密度熱分解炭素の場合は、約1400℃でアセチレンを熱分解する。また、第二層及び第四層の高密度熱分解炭素の場合は、約1400℃でプロピレンを熱分解する。第三層がSiCである場合は、約1600℃でメチルトリクロロシランを熱分解し、第三層がZrCである場合は、約1500℃で、(X)式の反応により被覆を施す。 The fuel core particles are loaded on the fluidized bed, and the coating is performed by thermally decomposing the gas for forming the coating layer. In the case of the first layer of low-density pyrolytic carbon, acetylene is pyrolyzed at about 1400 ° C. In the case of the high density pyrolytic carbon of the second layer and the fourth layer, propylene is pyrolyzed at about 1400 ° C. When the third layer is SiC, methyltrichlorosilane is thermally decomposed at about 1600 ° C., and when the third layer is ZrC, the coating is applied at about 1500 ° C. by the reaction of the formula (X).
非特許文献1において、第三層としてSiCを用いた場合、SiCの密度を測定する方法が示されている。
Non-Patent
第四層まで被覆した被覆燃料粒子を機械的に破壊し、酸化雰囲気下で約800℃で焙焼される。これにより、第一層、第二層、及び第四層を一酸化炭素や二酸化炭素に酸化させ、気化させる。第三層のSiC層はそのままの状態を保ち、燃料核であるUO2は酸化して八酸化三ウラン(以下、「U3O8」と略す場合がある。)となる。このSiCとU3O8とを硝酸溶液で煮沸するとU3O8は溶解し、SiCの破片のみが残存する。前記SiCの破片を第三層の検査試料とし、硝酸溶液から取り出す。 The coated fuel particles coated up to the fourth layer are mechanically broken and roasted at about 800 ° C. in an oxidizing atmosphere. As a result, the first layer, the second layer, and the fourth layer are oxidized to carbon monoxide or carbon dioxide and vaporized. The SiC layer of the third layer is kept as it is, and UO 2 which is a fuel nucleus is oxidized to triuranium octoxide (hereinafter sometimes abbreviated as “U 3 O 8 ”). When this SiC and U 3 O 8 are boiled with a nitric acid solution, U 3 O 8 dissolves and only SiC fragments remain. The SiC debris is taken as the third layer test sample and taken out from the nitric acid solution.
取り出した検査試料は例えば、浮遊沈降法により密度を測定することができる。 The density of the inspection sample taken out can be measured by, for example, the floating sedimentation method.
具体的には、ヨウ化メチレン−ベンゼン等の重液を使用し、検査試料が重液中で一定時間浮遊することを確認した後、比重瓶を用いて重液の密度を測定する。この測定値が、SiCの密度とされる。 Specifically, using a heavy liquid such as methylene iodide-benzene and confirming that the test sample floats in the heavy liquid for a certain period of time, the density of the heavy liquid is measured using a specific gravity bottle. This measured value is the density of SiC.
上記の密度測定方法は被覆燃料粒子の第三層がSiCである場合には適用できるが、被覆燃料粒子の第三層がZrCである場合には適用し難い。適用し難い理由は、被覆燃料粒子を空気中で焙焼した場合に、ZrCが酸化ジルコニウムへと酸化されてしまうことにより、ZrCの体積が変化してしまうので浮遊沈降法では密度測定の結果が不正確になるからである。また、何らかの方法によりZrCの形で取り出せたとしても、SiCの密度測定に用いた浮遊沈降法では、ZrCはSiCより密度が相当高いので、適当な溶媒を見出すのが困難であり、結局のところ浮遊沈降法は採用されない。 The above density measurement method can be applied when the third layer of the coated fuel particles is SiC, but is difficult to apply when the third layer of the coated fuel particles is ZrC. The reason why it is difficult to apply is that when the coated fuel particles are roasted in the air, the volume of ZrC changes due to the oxidation of ZrC to zirconium oxide. It will be inaccurate. Moreover, even if it can be extracted in the form of ZrC by some method, it is difficult to find a suitable solvent because ZrC is considerably higher in density than SiC in the suspended sedimentation method used for measuring the density of SiC. The floating sedimentation method is not adopted.
この発明が解決しようとする課題は、浮遊沈降法によらない、炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子の最外層を被覆している炭化ジルコニウム層密度測定法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a method for measuring the density of a zirconium carbide layer covering the outermost layer of the zirconium carbide layer-coated fuel particles without using the floating sedimentation method.
上記課題を解決する手段として、
請求項1は、
「燃料核の外表面に複数層の被覆層が形成され、露出する炭化ジルコニウム層を有する炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子の質量Wa及び体積Vaを測定する第一測定工程、
前記炭化ジルコニウム層を除去する除去工程、
前記炭化ジルコニウム層を除去して成る炭化ジルコニウム層除去燃料粒子の質量Wb及び体積Vbを測定する第二測定工程、
(1)式により前記炭化ジルコニウム層の密度ρZrCを算出する算出工程、
を有することを特徴とする炭化ジルコニウム層密度測定法。
ρZrC=(Wa−Wb)/(Va−Vb)・・・・・・・・・・・・・・(1)」であり、
請求項2は、
「前記除去工程は、520℃以上620℃以下の熱処理を前記炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子に行い、炭化ジルコニウムが酸化して生じる酸化ジルコニウムを、機械的処理又は化学的処理により除去することを特徴とする請求項1に記載の炭化ジルコニウム層密度測定法。」である。
As a means to solve the above problems,
“First measurement step of measuring mass W a and volume V a of zirconium carbide-coated fuel particles having a plurality of coating layers formed on the outer surface of the fuel core and having an exposed zirconium carbide layer,
A removal step of removing the zirconium carbide layer;
A second measuring step of measuring mass W b and volume V b of the zirconium carbide layer-removed fuel particles formed by removing the zirconium carbide layer;
(1) a calculation step of calculating the density ρ ZrC of the zirconium carbide layer by the formula,
A method for measuring the density of a zirconium carbide layer, comprising:
ρ ZrC = (W a −W b ) / (V a −V b ) (1) ”,
“The removal step is characterized in that a heat treatment at 520 ° C. or more and 620 ° C. or less is performed on the zirconium carbide layer-coated fuel particles, and zirconium oxide generated by oxidation of zirconium carbide is removed by mechanical treatment or chemical treatment. The zirconium carbide layer density measuring method according to
この発明によると、浮遊沈降法では困難であった炭化ジルコニウムの密度測定を簡便に行うことができる。 According to the present invention, it is possible to easily measure the density of zirconium carbide, which was difficult with the floating sedimentation method.
図1に示された、この発明の炭化ジルコニウム層密度測定法の一実施例を説明する。 One embodiment of the method for measuring the density of the zirconium carbide layer of the present invention shown in FIG. 1 will be described.
この発明の炭化ジルコニウム層密度測定法は、第一測定工程と、除去工程と、第二測定工程と、算出工程とを有する。 The zirconium carbide layer density measuring method of the present invention includes a first measuring step, a removing step, a second measuring step, and a calculating step.
前記第一測定工程では、複数の被覆層で燃料核を被覆するとともに炭化ジルコニウム層が露出してなる炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子の質量及び体積を測定する。 In the first measurement step, the mass and volume of the fuel particles coated with the zirconium carbide layer formed by covering the fuel core with a plurality of coating layers and exposing the zirconium carbide layer are measured.
換言すると、前記炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子は、燃料核と、その表面を被覆する複数の被覆層とを有し、炭化ジルコニウム層が露出している。前記燃料核は二酸化ウラン、酸化プルトニウム等の核物質で形成されることができる。前記被覆層は、その最外層が炭化ジルコニウムで形成され、最外層以外の被覆層は炭素で形成されることができる。このような前記炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子は、例えば高温ガス炉用燃料粒子を製造する過程で、炭化ジルコニウムまで被覆した後に、流動ガスを瞬間的に停止させ、噴流している被覆粒子の一部を取り出すことで得ることができる。 In other words, the zirconium carbide layer-coated fuel particles have a fuel nucleus and a plurality of coating layers covering the surface thereof, and the zirconium carbide layer is exposed. The fuel nucleus may be formed of a nuclear material such as uranium dioxide or plutonium oxide. The outermost layer of the coating layer may be formed of zirconium carbide, and the coating layers other than the outermost layer may be formed of carbon. Such zirconium carbide layer-coated fuel particles, for example, in the process of producing fuel particles for high-temperature gas reactors, after coating up to zirconium carbide, the flowing gas is stopped instantaneously, and a part of the coated particles being jetted Can be obtained by taking out
前記高温ガス炉用燃料粒子は、従来公知の方法により製造されることができ、例えば、セラミック状をした高密度の二酸化ウラン燃料核粒子を流動床に供給し、この流動床内で約1300〜1400℃で例えばアセチレンを分解することにより形成される炭素を前記二酸化ウラン燃料核粒子の表面に沈着して低密度熱分解炭素から成る第一層を形成し、次いで約1400℃で例えばプロピレンを分解することにより形成される炭素を第一層の表面に沈着して高密度熱分解炭素から成る第二層を形成し、次いで例えば臭素とジルコニウムとを約600℃で反応させて生じるジルコニウム臭化物とメタンとの混合物を約1500℃に加熱することにより得られる炭化ジルコニウムからなる第三層を形成し、最終的には、この第三層の表面に、約1400℃でプロピレンを熱分解することにより形成される炭素を沈着して、高密度熱分解炭素からなる第四層を形成することにより、製造される。 The HTGR fuel particles can be produced by a conventionally known method. For example, high-density uranium dioxide fuel core particles in a ceramic form are supplied to a fluidized bed, and about 1300 to 300 in the fluidized bed. Carbon formed, for example, by decomposing acetylene at 1400 ° C. is deposited on the surface of the uranium dioxide fuel core particles to form a first layer of low-density pyrolytic carbon, and then, for example, propylene is decomposed at about 1400 ° C. Depositing the carbon formed on the surface of the first layer to form a second layer of high-density pyrolytic carbon and then reacting, for example, bromine and zirconium at about 600 ° C. with zirconium bromide and methane Is heated to about 1500 ° C. to form a third layer made of zirconium carbide, and finally, the surface of this third layer is formed with about 1 Propylene at 00 ° C. to deposit carbon is formed by pyrolysis, by forming a fourth layer of high density pyrolytic carbon is produced.
この発明においては、前記高温ガス炉用燃料粒子を製造する過程で得られるところの、炭化ジルコニウムで第三層を形成してなる燃料粒子を、この発明における炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子とすることができる。 In the present invention, the fuel particles obtained by forming a third layer of zirconium carbide obtained in the process of producing the fuel particles for a high temperature gas reactor are used as the zirconium carbide layer-coated fuel particles in the present invention. it can.
前記炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子の質量は、通常の質量測定装置を用いて測定することができる。その質量測定装置は、炭化ジルコニウム層の密度を測定する精度に応じて適宜に選定され、例えば電磁平衡式電子天秤を挙げることができる。測定した前記炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子の質量を(1)式中ではWaとする。 The mass of the zirconium carbide layer-coated fuel particles can be measured using an ordinary mass measuring device. The mass measuring device is appropriately selected according to the accuracy of measuring the density of the zirconium carbide layer, and examples thereof include an electromagnetic balance type electronic balance. The measured mass of the zirconium carbide layer-covered fuel particles is defined as W a in the equation (1).
前記炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子の体積は、通常の体積測定法を用いて測定することができる。その体積測定法は、前記炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子の性状に応じて適宜に選定され、例えば液浸置換法、又はガス置換法等が挙げることができる。前記液浸置換法では、例えば前記炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子を覆うのに十分な量の浸液をチャップマンフラスコに秤り取り、精秤した前記炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子を浸液に加えて振とう等により空気を追い出した後、浸液と前記炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子とを合わせた体積を秤ることにより、前記炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子で置き換えられた浸液量の体積を測定できる。浸液の選定は前記炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子の性状に応じて適宜に選定され、例えば、水又はアルコール等を用いることができる。また、前記ガス置換法では、例えば既知の体積を有する加圧可能な定容積の二つの容器をバルブを介して連結し、両容器が大気圧で平衡状態のときにバルブを閉状態にして一方に前記炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子を投入した後、前記炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子を投入した容器を加圧してバルブを開状態にすると、両容器は大気圧以上の圧力で平衡状態となり、前記炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子を投入した容器の体積、前記炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子を投入しない容器の体積、前記炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子を投入した容器の加圧したときの圧力、及び、加圧後にバルブを開状態にした後の容器の圧力、を用いて状態方程式より前記炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子の体積を測定できる。測定した前記炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子の体積を(1)式中ではVaとする。 The volume of the zirconium carbide layer-coated fuel particles can be measured using a normal volume measuring method. The volume measurement method is appropriately selected according to the properties of the zirconium carbide layer-coated fuel particles, and examples thereof include an immersion replacement method and a gas replacement method. In the immersion replacement method, for example, a sufficient amount of immersion liquid to cover the zirconium carbide layer-coated fuel particles is weighed in a Chapman flask, and the precisely measured zirconium carbide layer-coated fuel particles are added to the immersion liquid and shaken. The volume of the immersion liquid replaced with the zirconium carbide layer-coated fuel particles can be measured by measuring the volume of the immersion liquid and the zirconium carbide layer-coated fuel particles after the air is expelled by means of, for example. The immersion liquid is appropriately selected according to the properties of the zirconium carbide layer-coated fuel particles, and for example, water or alcohol can be used. Further, in the gas replacement method, for example, two containers having a known volume and a constant volume that can be pressurized are connected via a valve, and when both containers are in an equilibrium state at atmospheric pressure, the valve is closed and After the zirconium carbide layer-coated fuel particles are charged into the container, the container into which the zirconium carbide layer-coated fuel particles are charged is pressurized and the valve is opened. The volume of the container charged with the zirconium layer-coated fuel particles, the volume of the container not charged with the zirconium carbide-coated fuel particles, the pressure when the container charged with the zirconium carbide-coated fuel particles was pressurized, and after pressurization The volume of the zirconium carbide-coated fuel particles can be measured from the equation of state using the pressure of the container after the valve is opened. The volume of the measured the zirconium carbide layer coated fuel particles and V a is a (1) wherein.
前記除去工程では、前記炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子の炭化ジルコニウム層を除去する工程である。 The removal step is a step of removing the zirconium carbide layer of the zirconium carbide layer-coated fuel particles.
前記除去工程は、例えば、質量Wa及び体積Vaが測定された前記炭化ジルコニウム層燃料粒子を熱処理装置に投入し、520℃以上620℃以下の大気雰囲気中で前記炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子に熱処理を行う。熱処理温度が520℃未満であると炭化ジルコニウムが酸化しないことがあり、一方、620℃を越えると内側の熱分解炭素層までが酸化されてしまうことがあるので好ましくない。この発明の目的が達成され、さらに前記炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子の炭化ジルコニウム層が酸化される限り、熱処理装置の選定及び熱処理時間は限定されない。前記熱処理装置は、例えばマッフル炉、又はるつぼ炉等を用いることができる。また、熱処理時間は、例えば15分以上5時間以下が好ましい。なぜなら、熱処理を15分未満の時間だけ行うときは前記炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子が十分に酸化しないことがあり、5時間を超えて熱処理を行うと炭化ジルコニウムの酸化が完了しているにもかかわらずに加熱することになることがあって経済的ではないからである。この熱処理時間は、粒子形状に合わせて適宜に決定することが好ましい。また、前記炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子の熱処理を行う環境は、経済的に熱処理を行う好適な環境であるという理由により大気雰囲気中であってもよく、また、より熱処理の時間短縮の必要性があるときは酸素を適宜に注入することにより酸素雰囲気中で熱処理を行ってもよい。 In the removing step, for example, the zirconium carbide layer fuel particles whose mass W a and volume V a are measured are put into a heat treatment apparatus, and the zirconium carbide layer-coated fuel particles are converted into the zirconium carbide layer-coated fuel particles in an air atmosphere of 520 ° C. or more and 620 ° C. or less. Heat treatment is performed. If the heat treatment temperature is less than 520 ° C., zirconium carbide may not be oxidized. On the other hand, if it exceeds 620 ° C., the inner pyrolytic carbon layer may be oxidized, which is not preferable. As long as the object of the present invention is achieved and the zirconium carbide layer of the zirconium carbide layer-coated fuel particles is oxidized, the selection of the heat treatment apparatus and the heat treatment time are not limited. As the heat treatment apparatus, for example, a muffle furnace or a crucible furnace can be used. The heat treatment time is preferably, for example, 15 minutes or more and 5 hours or less. This is because when the heat treatment is performed for less than 15 minutes, the zirconium carbide layer-coated fuel particles may not be sufficiently oxidized, and when the heat treatment is performed for more than 5 hours, the oxidation of zirconium carbide is completed. This is because it is not economical because it may heat up. This heat treatment time is preferably determined appropriately according to the particle shape. Further, the environment in which the heat treatment of the zirconium carbide layer-coated fuel particles is performed may be in the air atmosphere because it is a suitable environment in which the heat treatment is economically performed, and there is a need to further shorten the heat treatment time. In some cases, heat treatment may be performed in an oxygen atmosphere by appropriately injecting oxygen.
この熱処理により、前記炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子の炭化ジルコニウムが酸化ジルコニウムに酸化される。 By this heat treatment, zirconium carbide in the zirconium carbide layer-coated fuel particles is oxidized to zirconium oxide.
炭化ジルコニウムの前記熱処理により生じた酸化ジルコニウムは、酸化ジルコニウム層に隣接する内側の層に付着していることが多いので、酸化ジルコニウムを除去する必要がある。そこで、酸化ジルコニウムが機械的処理又は化学的処理により除去される。これにより、前記炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子から炭化ジルコニウム層を除去した炭化ジルコニウム層除去燃料粒子を得ることができる。 Zirconium oxide generated by the heat treatment of zirconium carbide often adheres to an inner layer adjacent to the zirconium oxide layer, and thus it is necessary to remove the zirconium oxide. There, the zirconium oxide is removed by mechanical or chemical treatment. Thereby, zirconium carbide layer-removed fuel particles obtained by removing the zirconium carbide layer from the zirconium carbide layer-coated fuel particles can be obtained.
炭化ジルコニウム層除去燃料粒子は、燃料核と、その表面を被覆する複数の被覆層とを有し、前記炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子の最外層を構成する炭化ジルコニウム層を除去することにより形成される。 The zirconium carbide layer-removed fuel particles have a fuel nucleus and a plurality of coating layers covering the surface thereof, and are formed by removing the zirconium carbide layer constituting the outermost layer of the zirconium carbide layer-coated fuel particles. .
前記機械的処理では、例えば揮発性の有機溶剤中に粒子を投入して、超音波洗浄等で酸化ジルコニウムを除去する処理を挙げることができる。揮発性の有機溶剤には、炭化ジルコニウム層よりも内側の層に影響を及ぼさない溶剤を選定することが好ましい。揮発性の有機溶剤としては、例えばメタノール、エタノール、若しくはプロパノール等の低級アルコール、又は、アセトン等の低級ケトンを挙げることができる。 Examples of the mechanical treatment include a treatment in which particles are put into a volatile organic solvent and zirconium oxide is removed by ultrasonic cleaning or the like. As the volatile organic solvent, it is preferable to select a solvent that does not affect the inner layer of the zirconium carbide layer. Examples of the volatile organic solvent include lower alcohols such as methanol, ethanol, and propanol, and lower ketones such as acetone.
前記化学的処理では、例えば濃硫酸、硝酸、及びフッ化水素酸の混合溶液で酸化ジルコニウムを除去する処理を挙げることができる。酸化ジルコニウムが除去できる限り前記混合溶液の処理条件を適宜変更することができる。例えば、酸化ジルコニウムの除去の効率を上げるために混合溶液を100℃以上200℃以下に加熱するのもよい。 Examples of the chemical treatment include a treatment of removing zirconium oxide with a mixed solution of concentrated sulfuric acid, nitric acid, and hydrofluoric acid. As long as zirconium oxide can be removed, the treatment conditions of the mixed solution can be changed as appropriate. For example, the mixed solution may be heated to 100 ° C. or higher and 200 ° C. or lower in order to increase the efficiency of removing zirconium oxide.
前記第二測定工程では、前記炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子の最外層を構成する炭化ジルコニウム層を除去して成る前記炭化ジルコニウム層除去燃料粒子の質量及び体積を測定する。 In the second measurement step, the mass and volume of the zirconium carbide layer-removed fuel particles obtained by removing the zirconium carbide layer constituting the outermost layer of the zirconium carbide layer-coated fuel particles are measured.
前記第二測定工程は、前記炭化ジルコニウム層除去燃料粒子を洗浄した後、乾燥させ、前記炭化ジルコニウム層除去燃料粒子の質量(これを(1)式中ではWbとする。)及び体積(これを(1)式中ではVbとする。)を測定する。前記炭化ジルコニウム層除去燃料粒子の質量及び体積を測定する装置及び/又は測定法と、前記炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子の質量及び体積を測定する装置及び/又は測定法とは、同一であってもよく、また、必ずしも同一である必要はない。前記炭化ジルコニウム層除去燃料粒子の性状と、炭化ジルコニウム層の密度を測定する精度とに応じて、前記炭化ジルコニウム層除去燃料粒子の質量及び体積を測定する装置及び/又は測定法を適宜に選定することができる。 The second measuring step, after washing the zirconium carbide layer removing the fuel particles, dried, the mass of the zirconium carbide layer removing the fuel particles (the W b in which the (1) formula.) And volume (this Is Vb in the equation (1)). The apparatus and / or measurement method for measuring the mass and volume of the zirconium carbide layer-removed fuel particles and the apparatus and / or measurement method for measuring the mass and volume of the zirconium carbide layer-coated fuel particles may be the same. Well, and not necessarily the same. An apparatus and / or measurement method for measuring the mass and volume of the zirconium carbide layer-removed fuel particles is appropriately selected according to the properties of the zirconium carbide layer-removed fuel particles and the accuracy of measuring the density of the zirconium carbide layer. be able to.
前記算出工程では、測定した質量Wa及び質量Wb並びに体積Va及び体積Vbを用いて(1)式により炭化ジルコニウムの密度ρZrCが算出される。
ρZrC=(Wa−Wb)/(Va−Vb)・・・・・・・・・・・・・・・(1)
算出された炭化ジルコニウム層の密度は、炭化ジルコニウム層を含む燃料粒子の管理項目にすることができ、炭化ジルコニウム層を含む燃料粒子の品質管理等に役立てることが可能である。
In the calculation step, the density ρ ZrC of zirconium carbide is calculated by the equation (1) using the measured mass W a and mass W b , volume V a and volume V b .
ρZrC = (W a −W b ) / (V a −V b ) (1)
The calculated density of the zirconium carbide layer can be used as a management item for fuel particles including the zirconium carbide layer, and can be used for quality control of the fuel particles including the zirconium carbide layer.
1 燃料粒子(炭化ジルコニウム層被覆燃料粒子)
2 燃料核
3 低密度熱分解炭素
4 高密度熱分解炭素
5 炭化ジルコニウム
6 酸化ジルコニウム
7 燃料粒子(炭化ジルコニウム層除去燃料粒子)
1 Fuel particles (zirconium carbide coated fuel particles)
2
Claims (2)
前記炭化ジルコニウム層を除去する除去工程、
前記炭化ジルコニウム層を除去して成る炭化ジルコニウム層除去燃料粒子の質量Wb及び体積Vbを測定する第二測定工程、
(1)式により前記炭化ジルコニウム層の密度ρZrCを算出する算出工程、
を有することを特徴とする炭化ジルコニウム層密度測定法。
ρZrC=(Wa−Wb)/(Va−Vb)・・・・・・・・・・・・・・(1) A first measurement step of measuring a mass W a and a volume V a of zirconium carbide-coated fuel particles having a plurality of coating layers formed on the outer surface of the fuel core and having an exposed zirconium carbide layer;
A removal step of removing the zirconium carbide layer;
A second measuring step of measuring mass W b and volume V b of the zirconium carbide layer-removed fuel particles formed by removing the zirconium carbide layer;
(1) a calculation step of calculating the density ρ ZrC of the zirconium carbide layer by the formula,
A method for measuring the density of a zirconium carbide layer, comprising:
ρZrC = (W a −W b ) / (V a −V b ) (1)
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