JP2014508216A - 核燃料、および放射性同位体の製作を目的とするターゲットの製作に使用可能なウランモリブデン基合金粉末 - Google Patents

Abstract

本発明は、１．１以上の伸長指数と非ゼロ閉気孔率値を有するとともに、単一結晶粒内で１質量％以下だけ変動するモリブデン含有率を有する結晶粒を含む、粒子によって形成される、準安定γ相ウランモリブデン基合金の粉末に関する。また、本発明は、前記の合金粉末の製造方法に加えて、核燃料、および放射性同位体を製作するためのターゲットを製作するための、同合金粉末の使用にも関する。本発明は、実験原子炉用などの核燃料の製作、および医療産業用などの放射性同位体を対象とするターゲットの製作における使用に好適である。

Description

本発明は、準安定γ相にあるウランとモリブデンを基とする合金の粉末、詳細には、二元合金ＵＭｏ、またはＸがウランおよびモリブデン以外の金属を表す、三元合金ＵＭｏＸの粉末の製造方法に関する。

また、本発明は、この合金粉末の製造方法に加えて、この粉末の使用にも関係する。

このような合金粉末は、核燃料、特に、カダラーシュ（Ｃａｄａｒａｃｈｅ）におけるＣＥＡ（フランス原子力庁）のＪｕｌｅｓ Ｈｏｒｏｗｉｔｚ Ｒｅａｃｔｏｒ（ＪＨＲ）、ラウエ・ランジュバン研究所（Ｌａｕｅ−Ｌａｎｇｅｖｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）の高中性子束原子炉（ＨＦＲ：Ｈｉｇｈ Ｆｌｕｘ Ｒｅａｃｔｏｒ）、またはさらにベルギーのモル（Ｍｏｌ）のサイトの高中性子束原子炉ＢＲ−２などの、ＭＴＲ（材料試験炉）の名称においてよく知られている、実験原子炉用の燃料の生産に組み入れることが実際に可能である。

そのような合金粉末は、また、特に医療産業用の放射性同位体を製作するためのターゲットの構造に組み入れてもよい。

１９５０年代まで、ＭＴＲ専用の燃料は、基本的に、１．２ｇウラン／ｃｍ^３の比装填量に対して、９３％のウラン２３５質量含有率を有する、ウランとアルミニウムの合金からなっていた。

１９７７年から、アメリカ合衆国によって促進されて、核兵器の拡散のリスクを低減することをねらいとする、したがって、ＭＴＲ専用の燃料のウラン富化レベルを低減することをねらいとするプログラムが、国際レベルで設定された。これが、ＲＥＲＴＲプログラム（Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ ｆｏｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｔｅｓｔ Ｒｅａｃｔｏｒ ｐｒｏｇｒａｍ：研究炉燃料低濃縮化計画）である。

結果的に、２０％未満のウラン２３５質量含有率を有しながら、ＭＴＲにおける核燃料として使用可能な、新規のウラン合金の開発のために、多くの研究が行われた。

すなわち、ウランとシリコンを基とする合金およびウランとモリブデンを基とする合金が特に研究された。後者のタイプの合金は、この装填量が、ケイ化ウランに対して、せいぜい４．８ｇウラン／ｃｍ^３であるのに対して、８．５ｇウラン／ｃｍ^３の比装填量の燃料コアを得る可能性が生じるので、最も興味深い特性を有するものである。

今日まで、３種類の準安定γ相におけるウランとモリブデンの合金の粉末、すなわち、「溶融微粉法（ｍｅｌｔ−ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ）」により得られる粉末、「溶融機械的破砕（ｍｅｌｔ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｆｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）」により得られる粉末、および「溶融化学的破砕（ｍｅｌｔ−ｃｈｅｍｉｃａｌ ｆｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）」により得られる粉末が提案されている。

「溶融微粉法」によって得られる粉末は、その製造は、特に、仏国特許第２７７７６８８号、米国特許第５９７８４３２号、および特願昭５５−０５４５０８に記載されており、一方では、球形または準球形の（すなわち、最大寸法（Ｄ_ｍａｘ）とその最少寸法（Ｄ_ｍｉｎ）との比が１．１未満である）粒子からなり、他方で、（生産欠陥を除いて）粒子内気孔（ｉｎｔｒａｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｐｏｒｏｓｉｔｙ）がない粒子からなる。

ここで、核燃料の構造に組み入れることを目的とする、ウランとモリブデンの合金の粉末の粒子が、球形または準球形であることは、このことによって、生産中に燃料要素が圧延される間に、核分裂性粒子の偏析が誘発される可能性があるので、望ましくなく、それとまったく同様に、これらの粒子に気孔がまったくないことは望ましくなく、そのような気孔は、核分裂ガスのためのバッファタンクが、燃料中に存在することを保証し、照射状況において、これらの燃料の、これらのガスを保持する能力を増大させて、それによって該燃料の膨張の発生を遅延させることができるようにするために必要である。

さらに、これらの粉末の粒子は、結晶粒（ｇｒａｉｎｓ）であって、その中心から周辺へ向かってモリブデン含有率が異なる、結晶粒からなる（Ｊ．Ｓ．Ｌｅｅ他、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、３０６、１４７〜１５２、２００２年）とともに、凝着力が低い酸化物の薄い層で覆われている（Ｊ．Ｍ．Ｐａｒｋ他、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、３９７、２７〜３０、２０１０年）。

「溶融機械粉砕」によって得られる粉末は、形状および寸法が規定されず、また制御されていないとともに、先述の粉末の粒子のように、（ここでもやはり、なんらかの製造欠陥を除き）粒子内気孔のない粒子で構成されている。これらの粒子は、さらに、強い加工硬化率を有する、粒状の微細構造を有する。ここで、そのような微細構造は、アプリオリ（ａ ｐｒｉｏｒｉ）に不安定であり、照射状況において強く展開する可能性が強い。

「溶融化学粉砕」によって得られる粉末については、それらの粉末も、形状および寸法が規定されず、また制御されていない粒子で構成されており、それらの粒子はまた、粒子内気孔が存在しない。さらに、「溶融化学粉砕」による方法は、要素Ｘが均一に分布した、三元合金ＵＭｏＸの粉末を得る可能性がないので、これらの粉末は、二元合金ＵＭｏの粉末とすること、すなわち厳密にウランとモリブデンで構成することだけが可能である。

仏国特許第２７７７６８８号 米国特許第５９７８４３２号 特願昭５５−０５４５０８

Ｊ．Ｓ．Ｌｅｅ他、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、３０６、１４７〜１５２、２００２年 Ｊ．Ｍ．Ｐａｒｋ他、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、３９７、２７〜３０、２０１０年 Ｃ． Ｓｏｕｃｈｉｅｒ、「Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｄｅ ｌ’Ｉｎｇｅｎｉｅｕｒ， Ｔｒａｉｔｅ Ａｎａｌｙｓｅ Ｃｈｉｍｉｑｕｅ ｅｔ Ｃａｒａｃｔｅｒｉｓａｔｉｏｎ」、Ａｎａｌｙｓｅ ｄ’ｉｍａｇｅｓ（Ｉｍａｇｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ） Ｐ８５５、１〜１８、１９９８年

前述のことを考慮して、本願発明者らは、したがって、準安定γ相にあるウランとモリブデンを基とする合金の粉末であって、今日まで提案されたウランとモリブデンを基とする合金の粉末が示したすべての弱点が、概して解消されている、合金の粉末を提供することを目的とした。

より具体的には、本発明者らは、準安定γ相にあるウランとモリブデンを基とする合金の粉末であって、その粒子が、この粉末からの核燃料の生産を容易化するとともに、照射状況においてこれらの燃料の挙動、特に、これらの燃料の、核分裂ガスを保持する能力を最適化することのできる、特に、形状、粒子内気孔、およびモリブデン分布均一性の特徴を有する、粉末を提供することを目的として設定する。

本発明者らは、また、この合金粉末が、三元合金ＵＭｏＸ、またはさらに３を超える数の金属からなる合金の粉末と、二元合金ＵＭｏの粉末の両方をできるようにすることを目的とする。

さらに、本発明者らは、この合金粉末が、適用するのが比較的に簡単な方法によって生産することができること、および工業規模での使用とコスト整合していることを目的とする。

これらと、さらにその他の目的は、最初に、準安定γ相にあるウランとモリブデンを含む合金の粉末であって、１．１以上の伸長指数（ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ）と、非ゼロの閉気孔率値とを有する粒子であって、モリブデン含有率を有する結晶粒で構成されており、このモリブデン含有率の同一結晶粒内における変動が１質量％以下である粒子、で形成されている、粉末を提案する本発明によって達成される。

上記および下記において、伸長パラメータとも呼ばれる、粒子の「伸長指数（ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ）」は、この粒子の最大フェレー径（Ｆｅｒｅｔ ｄｉａｍｅｔｅｒ）と最小フェレー径の比を意味する。

これに関して、Ｄ_Ｆｍａｘで表される粒子の最大フェレー径は、この粒子の反対側に平行な２本の接線の間にある距離に対応し、これに対して、Ｄ_Ｆｍｉｎで表される粒子の最小フェレー径は、したがって、この粒子の反対側に平行な２本の接線の間にある最小距離に対応することに留意されたい。

本発明による、最大フェレー径および最小フェレー径、したがって合金粉末の粒子の伸長指数は、特に、Ｃ．Ｓｏｕｃｈｉｅｒにより「Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｄｅ ｌ’Ｉｎｇｅｎｉｅｕｒ， Ｔｒａｉｔｅ Ａｎａｌｙｓｅ Ｃｈｉｍｉｑｕｅ ｅｔ Ｃａｒａｃｔｅｒｉｓａｔｉｏｎ」、Ａｎａｌｙｓｅ ｄ’ｉｍａｇｅ（Ｉｍａｇｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ）Ｐ８５５、１〜１８、１９９８年に記載された方法に従って、電子顕微鏡画像および光学顕微鏡画像から求めることが可能である。

さらに、閉塞気孔率（ｏｃｃｌｕｄｅｄ ｐｏｒｏｓｉｔｙ）とも呼ばれる、粒子の「閉気孔率（ｃｌｏｓｅｄ ｐｏｒｏｓｉｔｙ）」とは、この粒子に含まれて、粒子を形成する合金内に閉塞されている、すなわち、粒子の表面に開口しない気孔の全体を意味する。

本発明による合金粉末の粒子の閉気孔率の値は、特に、ＡＳＴＭ Ｅ１２４５−０３標準による、研磨断面の走査型電子顕微鏡撮影によって得られる写真から求めることが可能である。

結晶粒内のモリブデン含有率（またはその他任意の金属元素の含有率）の変動については、それらは、特に、この結晶粒を、エネルギー分散分光分析と結合された、走査型電子顕微鏡解析に供することによって求めることが可能である。

本発明によれば、合金粉末の粒子の伸長指数は、好ましくは、２以下であり、本願発明者らは、１．１から２の間に含まれる伸びが、この合金粉末から板の形態に生産された燃料に、３から１０体積％程度の多量の粒子間気孔（ｉｎｔｅｒｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｐｏｒｏｓｉｔｙ）を与える可能性をもたらし、しかしながらこれが合金粉末を圧延するときの挙動には影響を与えないことに、実際に気付いた。

ここで、そのような粒子間気孔は、粒子内気孔（すなわち、粒子の閉気孔）と同様に、照射状況における核分裂ガス用のバッファ貯留器の役割を確実に果たし、それによって、核分裂ガスに対する燃料の保持容量を増大させる。

本発明によれば、合金粉末の粒子の閉気孔率の値は、好ましくは、５体積％以下であり、この気孔率は、有利には、寸法が３μｍ以下である閉気孔で構成される。

上記および下記において、閉気孔の「大きさ」は、前記の参考文献（非特許文献３）に記載された方法に従って、電子顕微鏡写真または光学顕微鏡写真から求められるときの、この気孔の等価直径を意味している。

好ましくは、合金粉末は、（レーザー回折で求められるとき）その寸法が２０から１００μｍの範囲である、粒子で構成される。

本発明によれば、合金粉末は、好ましくは、
− 二元合金ＵＭｏ、すなわちウランとモリブデンだけからなる合金の粉末であり、この場合にモリブデンは、好ましくは５から１５質量％に相当し、さらに好ましくはこの合金の７から１０質量％に相当する。または
− Ｘがウランおよびモリブデンと異なる金属を表す、三元合金ＵＭｏＸの粉末であり、照射状態での核燃料の挙動をさらに改善することが可能であり、この場合にモリブデンは、この合金の好ましくは５から１５質量％、さらに好ましくは７から１０質量％に相当し、これに対して、特にチタン、ジルコニウム、クロム、シリコン、ニオブ、白金、スズ、ビスマス、ルテニウムまたはパラジウムとすることのできるＸは、典型的には、この合金の最大で６質量％、さらに好ましくは、同合金の最大で４質量％に相当する。

本発明による合金粉末は、特に、次のステップを含む方法によって製造してもよい。
ａ）酸化ウランおよびそれらの混合物、フッ化ウランおよびそれらの混合物から選択される少なくとも１種の第１の試薬を、モリブデンである第２の試薬および還元性金属である第３の試薬と接触させるステップであって、第１、第２および第３の試薬は分離形態である、ステップ
ｂ）そのように接触された試薬を、第３の試薬の溶融温度以上の温度において、不活性雰囲気下で反応させるステップであって、それによってこの反応が、その粒子が還元性金属の酸化物またはフッ化物の層で覆われている粉末の形態での、ウランとモリブデンを含む合金の形成につながる、ステップ
ｃ）そのように形成された粉末を、４５０℃／時以上の速度で冷却するステップ
ｄ）ウランとモリブデンを含む合金の粉末の粒子を覆う、還元性金属の酸化物またはフッ化物の層を除去するステップ

結果として、上記に記載の方法も本発明の目的である。

この方法に置いて、第１の試薬は、好ましくは、ウランの酸化数が４から６の範囲である酸化ウラン、すなわち二酸化ウラン（ＵＯ_２）、三酸化ウラン（ＵＯ_３）、三二酸化ウラン（Ｕ_３Ｏ_８）、四酸化ウラン（Ｕ_４Ｏ_９）、またはそれらの混合物であり、この試薬は粉末の形態で使用される。

しかしながら、第１の試薬は、やはり粉末の形態である、四フッ化ウランまたはフッ化ウラン類の混合物などの、フッ化ウランとしてもよい。

第１の試薬の粒子の寸法が、ステップ（ｂ）において形成される粉末の合金の粒径に影響を与えること、およびこの合金粉末の粒子の（レーザー回折によって求められるときの）寸法が２０から１００μｍであるのが好ましいことがわかっているので、酸化ウラン粉末を使用するのが好ましく、その粒子の（レーザー回折によって求められるときの）寸法は、１から１００μｍ、さらに好ましくは５から５０μｍの範囲である。

これを行うには、酸化ウラン粉末は、その使用に先だって、１回または数回のふるい分けを施して、小さすぎる、または大きすぎる寸法の粒子を除外する可能性を与える。

さらに、酸化ウラン粉末も、その使用に先だって、この粉末の粒子の表面に見られることのある、予想される化学種（水、オキシ水酸化物、…）からこの粒子を取り除くことを目的とする乾燥型の処理、および／またはこの粉末の酸素含有率を、ウランに対する化学量論比に戻すために、アルゴンと水素の混合物からなる雰囲気などの還元雰囲気下で６００から１０００℃の温度での熱処理を施してもよい。

さらに好ましくは、第１の試薬は、ウラン２３５含有率が、好ましくは、この粉末の合計ウラン含有率の１〜２０原子％に相当する、二酸化ウランの粉末であり、この試薬は、任意選択で、前もって処理されており、その結果として、その化学量論比Ｕ／Ｏが、２に等しいか、または実質的に２に等しい。

第２の試薬、すなわちモリブデンも、好ましくは、粉末の形態で使用される。

ここでも、この粉末の粒子の寸法が、ステップｂ）において形成される合金粉末の粒径に影響を与える限りにおいて、モリブデン粉末は、好ましくは、粒子から形成されて、（レーザー回折によって求められるときの）その寸法は、２５０μｍ以下であり、さらに好ましくは５〜１５０μｍの範囲である。

第３の試薬、すなわち還元性金属については、アルカリ金属（リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムおよびフランシウム）およびアルカリ土類金属（ベリリウム、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウムおよびラジウム）から選択するのが有利である。

より具体的には、第３の試薬は、粉末の形態または、削り屑（ｓｈａｖｉｎｇｓ）または旋削屑（ｔｕｒｎｉｎｇｓ）の形態で使用される、アルカリ土類金属、特に、マグネシウムまたはカルシウムとするのが好ましい。

本発明によれば、ステップａ）は、第１、第２および第３の試薬の簡潔な混合を進行させること、次いで、この混合物を、ステップｂ）を実施することを目的とする反応密閉容器中に導入することによって実施してもよい。この場合には、３種の試薬の混合は、好ましくは、Ｔｕｒｂｕｌａ（登録商標）タイプの粉末の混合器内で実施して、これらの粉末を形成する粒子の凝集と、それによるその粒径の変化を誘発することなく、異なる密度と粒径の粉末を完全に混合することを可能にする。

代替的に、ステップａ）は、反応密閉容器内で、（事前に、これらの試薬を、例えばＴｕｒｂｕｌａ（登録商標）タイプの動力混合器内で混合し、次いで、結果として得られる混合物を一軸圧縮にかけることによって準備された）第１および第２の試薬の均質な混合物からなる、少なくとも１層のペレットと、少なくとも２層の第３の試薬とを堆積させて、ペレットの層を第３の試薬の両層の間に挿入することによって実施してもよい。

いずれの場合にも、ステップｂ）の終わりに、モリブデン含有率が所望の含有率と一致するが、酸化物またはフッ化物の形態で、ウランはその中に残留していない、合金の粉末を得ることのできる割合で、第１、第２および第３の試薬を接触させるのが好ましい。

すなわち、例えば、第３の試薬がマグネシウムであるのに対して、第１の試薬が二酸化ウランである場合には、ステップｂ）で発生する反応は、以下の簡略化したスキームに従って記述することができる：
ＵＯ_２＋２Ｍｇ＋Ｍｏ→ＵＭｏ＋２ＭｇＯ

１０％モリブデン質量含有率を有する合金の粉末を得るために、したがって、１．２２ｇの二酸化ウランと０．１２ｇのモリブデンが使用され、二酸化ウランの合計量を還元するために必要となる、理論的な量と少なくとも等価なマグネシウムの量が使用されることになる（すなわち、上記の反応の場合には、１モルの二酸化ウランに対して２モルのマグネシウム）。

安全マージンを有し二酸化ウランの全部の還元を確実にするために、必要なマグネシウムの理論量の最大２倍に相当する、過剰のマグネシウムを使用することができる。先の例においては、使用してもよいマグネシウムの質量は、そうすると、０．４３９１ｇのマグネシウムである。

本発明によれば、ステップｂ）は、製造しようと望む合金粉末が、元素、特にこの容器の材料に由来する金属元素で汚染されるのを回避するために、好ましくは、モリブデンの反応密閉容器で実施される。

先に示したように、ステップｂ）は、第３の試薬の融解温度以上の温度において実施され、このことは、この温度が、第３の試薬がマグネシウムである場合には、例えば、少なくとも６５０℃となり、第３の試薬がカルシウムである場合には、少なくとも８４２℃となることを意味する。

実際に、本発明の範囲内において、ステップｂ）は、９００℃以上の温度であって、同時にウランとモリブデンを含む合金の融解温度よりも低い温度において、実施することが好ましい。

通常、ステップｂ）で使用される温度は、９５０から１１５０℃の範囲であり、理想的な温度は、例えば、１１００℃である。

さらに、この温度には、徐々にそれに達するのが好ましい。また、ステップｂ）は、有利には５０から２００℃／時の温度の上昇を含む。

さらに、ステップｂ）は、不活性ガス、または窒素とアルゴンの混合物などの不活性ガスの混合物の、最大で１バールの圧力下で実施するのが好ましい。

ステップｂ）の持続時間は、このステップにおいて使用される温度と、この温度に到達する速度に依存する。すなわち、例えば、等価な温度上昇に対して、９５０℃において実施される反応に対して４８時間が必要となるのに対して、１１００℃において実施される反応に対しては２４時間で十分である。

先に示したように、合金を準安定のγ相に設定することを目的とする、ステップｃ）は、４５０℃／時以上の冷却速度を使用することによって実施される。

これを行うために、反応密閉容器は、好ましくは、熱伝達流体中、例えば室温またはそれより低い温度で維持された、水浴中、またはシリコン油タイプの油浴中に浸漬することによって冷却される。

ステップｄ）については、合金粉末（ならびに、還元性金属が過剰に使用される場合には還元性金属の過剰分）の粒子を覆う還元性金属の酸化物またはフッ化物の層を、例えば、合金粉末を、塩酸の水溶液のような酸性水相、または水素添加基を含む、１種または数種の溶媒を含む有機相で、処理することで、溶解することによって実施される。

なお、上述した方法によって、三元合金ＵＭｏＸ、または４種以上の金属からなる合金の粉末を製造するために、金属Ｘおよび、必要であればその他の追加の金属（複数種を含む）を、粉砕形態で、ステップａ）の間に使用される試薬に添加すれば十分であり、この添加は、特に、すでにモリブデンと合金化されている形態である、この（これらの）金属を使用して達成してもよいことに留意されたい。

本発明による合金粉末の粒子が示す特徴を考慮すると、この粉末は、特に合金の不安定化、およびこれらの燃料の生産中の偏析のリスクを最小化することによって、核燃料の生産を非常に顕著に容易化する性質、および特に、燃料の膨張を遅延させる可能性をもたらす、それらの燃料が核分裂ガスを保持する容量を増大させることによって、照射状況における燃料の挙動を最適化する性質を有する。

結果的に、本発明の目的はさらに、核燃料、特にＭＴＲを対象とする燃料を生産するための、先に定義したような、準安定γ相にあるウランとモリブデンを含む、合金の粉末の使用である。

典型的には、この生産の範囲内であって、最新技術において周知のように、準安定γ相にあるウランとモリブデンを含む合金の粉末は、可燃性コアを形成するために、アルミニウムまたはアルミニウム基合金の粉末と混合されて、次いで、この混合物が圧延されて、これによって、それが板とそのクラッディングの両方になることを可能にする。

本発明の目的は、さらに、放射性同位体を製造することを目的とするターゲットの生産のための、先に定義された準安定γ相にあるウランとモリブデンを含む合金の粉末の使用である。

本発明のその他の特徴および利点は、本発明による二元合金ＵＭｏおよび三元合金ＵＭｏＴｉの粉末を製造するための実施例に関係して、添付の図を参照する、以下の追加の説明から明白となるであろう。

これらの実施例は、本発明の目的の説明としてのみ提示するものであり、それらが、本発明の目的の限定を形成するものではないことは明白である。

本発明による二元合金ＵＭｏの粉末のＸ線回折（曲線Ａ）に加えて、準安定γ相にある参照二元合金ＵＭｏの粉末のＸ線回折（ＪＣＰＤＳカード−曲線Ｂ）を表すグラフである。 研磨断面において拡大倍率３１３倍において走査型電子顕微鏡で撮影された、図１にそのＸ線回折図が示されている、本発明による二元合金ＵＭｏの粉末を示す写真である。 拡大倍率２５００倍において走査型電子顕微鏡で撮像された、図２に示されるような二元合金ＵＭｏの粉末の粒子を示す写真であって、これらの粒子が含む閉気孔が黒い矢印で示されている。 拡大倍率４０００倍において走査型電子顕微鏡で撮像された、図２に示されるような二元合金ＵＭｏの粉末の粒子を示す写真であって、これらの粒子が含む閉気孔が黒い矢印で示されている。 拡大倍率６３２２倍において走査型電子顕微鏡で撮像された、図２に示されるような二元合金ＵＭｏの粉末の粒子を示す写真であって、これらの粒子が含む閉気孔が黒い矢印で示されている。 拡大倍率５０００倍において走査型電子顕微鏡で撮影された、図２に示されるＵＭｏ二元合金の粉末の粒子を示す写真であって、エネルギー分散分光分析が実施された、（１から１０まで注記された）異なるマーキングポイントが示されている（マーキングポイントの要素体積：１μｍ^３）。 拡大倍率１００倍において走査型電子顕微鏡で撮影された、本発明による三元合金ＵＭｏＴｉの粉末を示す写真である。 倍率５０００において走査型電子顕微鏡で撮影された、図５に示された三元合金ＵＭｏＴｉの粉末の粒子を示す写真であって、エネルギー分散分光分析がそこで実施された、（１から３まで注記された）異なるマーキングポイントが指示されている（マーキングポイントの要素体積：１μｍ^３）。

［実施例１］本発明による二元合金ＵＭｏの粉末の製造
１０質量％のモリブデンを含む、二元合金ＵＭｏの粉末１００ｇを以下の方法で製作する。

まず最初に、均質な混合物Ｕ／Ｍｏの、直径が１２ｍｍで、２ｍｍの厚さのペレットを生産する。

これを行うために、その粒子が（レーザー回折によって求められるとき）１から５０μｍの範囲の寸法を有する、１０２．１ｇのＵＯ_２粉末（Ｕ／Ｏ〜２）と、その粒子が（レーザー回折で測定されるとき）１から１５０μｍの範囲の寸法を有する、１０ｇのモリブデン粉末とを、Ｔｕｒｂｕｌａ（登録商標）混合器内で２０分間、４５サイクル／分の速度で混合する。次いで、この混合物に、１００ＭＰａの応力かけることによって、一軸圧縮をかける。

その後に、ＵＯ_２／Ｍｏペレットの層と、最大寸法が１から３ｍｍの範囲である、マグネシウム削り屑の層とを、ＵＯ_２／Ｍｏペレットの各層が、マグネシウム削り屑の２層の間に挿入された、スタックを形成するように、モリブデン坩堝内で堆積させる。

この坩堝は、アルゴンの１バール未満のわずかな圧力下で、密閉式にシールされている。次に、その坩堝はオーブンに入れられて、オーブンが、１１００℃の温度を達成するまで、１５０℃／時の速度で加熱する。次いで、坩堝を、坩堝のオーブン内での滞留時間が合計２４時間となるように、この温度でオーブン内に放置する。

この処理の終了時に、室温における水浴内に坩堝を浸漬することによって、坩堝を１０００℃／時の速度で冷却する。

坩堝内に包含された粉末を回収して、粉末のグラム当たり５０ｍＬの量の、３．７％塩酸水溶液で処理する。別の容器に移した後に、粉末を濾過によって収集し、それを蒸留水で洗浄して、乾燥させる。この同じ操作を、３０分間で３回、実施する。

それによって、ＵＭｏ合金の粉末１００ｇが得られて、その粒子は、マグネシウムおよびマグネシウム酸化物が完全に除去されている。

Ｘ線回折分析および走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）分析によると、この粉末は以下の粒子で特徴づけられる。
− 合金は、１００％が、３．４１７Åのパラメータを有する（図１に示されるＸ線回折図を参照）体心立方相、すなわち準安定γ相にある。
− その寸法は、２０から１００μｍの間である（図２、３Ａ、３Ｂおよび３Ｃを参照）。
− （前述の非特許文献３に記載された方法によって、図２、３Ａ、３Ｂおよび３Ｃに示されているようなＳＥＭ写真から求められる）伸長指数またはパラメータが１．１から２の間である。
− 閉気孔を有し、その大きさ（すなわち、前述の非特許文献３に記載された方法によって、図３Ａ、３Ｂおよび３Ｃに示されているようなＳＥＭ写真から求められる等価直径）は３μｍ未満である。
− （ＡＳＴＭ Ｅ１２４５−０３標準に従って、図３Ａ、３Ｂおよび３Ｃに示されているようなＳＥＭ写真から求められる）その閉気孔が、これらの粒子の全体体積の５％超に相当することがない。

さらに、エネルギー分散分光（ＥＤＳ）分析と合わせたＳＥＭによる、１つの粒子の解析によって、図４に示されている１０個のマーキングポイント（１から１０まで注記、マーキングされたポイントの要素体積：１μｍ^３）に対して、以下のＴａｂｌｅ Ｉ（表１）に示されているウランとモリブデンの質量含有率が得られる。

この表に示されるように、モリブデン含有率の変動は、１質量％未満である。

［実施例２］本発明による三元合金ＵＭｏＴｉの粉末の製造
９ｇのモリブデンと１ｇのチタンを使用したことを除き、前述の実施例１に記載したものと同じ操作手順によって、９質量％のモリブデンおよび１質量％のチタンを含む、三元合金ＵＭｏＴｉの粉末１００ｇを、以下の方法で製作し、使用したマグネシウムの量は、前記と同様に約３７ｇである。

図５は、それによって得られたＵＭｏＴｉ合金粉末の走査型電子顕微鏡で撮像された写真である。

ＥＤＳ解析と組み合わせたＳＥＭでこの粉末の粒子を解析することによって、図６に示される３つのマーキングポイント（１から３まで注記、マーキングポイントの要素体積：１μｍ^３）に対して、Ｔａｂｌｅ ＩＩ（表２）に示されるようなウラン、モリブデンおよびチタンの質量含有率が得られる。

この表は、モリブデンの分布が非常に均質であるだけでなく、チタンの分布も非常に均質であることを示している。

Claims (25)

1. 準安定γ相にあるウランおよびモリブデンを含む合金の粉末であって、１．１以上の伸長指数、非ゼロの閉気孔率値を有する粒子であって、モリブデン含有率を有する結晶粒で構成されており、同一結晶粒内におけるモリブデン含有率の変動が１質量％以下である粒子で形成されている、粉末。
2. 前記粒子の前記伸長指数が２以下である、請求項１に記載の粉末。
3. 前記粒子の前記閉気孔率の値が、５体積％以下である、請求項１または２に記載の粉末。
4. 前記粒子の前記閉気孔は、大きさが３μｍ以下である閉気孔からなる、請求項１から３のいずれかに記載の粉末。
5. 前記粒子は、寸法が、２０から１００μｍの範囲である、請求項１から４のいずれかに記載の粉末。
6. ウランとモリブデンの二元合金の粉末である、請求項１から５のいずれかに記載の粉末。
7. 前記モリブデンの質量含有率が５から１５％、好ましくは７から１０％の範囲である、請求項６に記載の粉末。
8. 三元合金ＵＭｏＸの粉末であって、Ｘは、ウランおよびモリブデン以外の金属である、請求項１から５のいずれかに記載の粉末。
9. Ｘが、チタン、ジルコニウム、クロム、シリコン、ニオブ、白金、スズ、ビスマス、ルテニウムまたはパラジウムから選択される、請求項８に記載の粉末。
10. 前記モリブデンの質量含有率が、５から１５％、好ましくは７から１０％の範囲であり、これに対して前記Ｘ金属の質量含有率が、６％以下、好ましくは４％以下である、請求項８または９に記載の粉末。
11. 請求項１から１０いずれかに記載の準安定γ相にあるウランとモリブデンを含む、合金の粉末の製造方法であって、
    ａ）酸化ウランおよびそれらの混合物、フッ化ウランおよびそれらの混合物から選択される少なくとも１種の第１の試薬を、モリブデンである第２の試薬および還元性金属である第３の試薬と接触させるステップであって、前記第１、第２および第３の試薬は分離形態である、ステップと、
    ｂ）前記そのように接触させた試薬を、前記第３の試薬の溶融温度以上の温度において、不活性雰囲気下で反応させるステップであって、それによってこの反応が、その粒子が前記還元性金属の酸化物またはフッ化物の層で覆われている粉末の形態での、ウランとモリブデンを含む合金の形成につながる、ステップと、
    ｃ）前記そのように形成された粉末を、４５０℃／時以上の速度で冷却するステップと、
    ｄ）ウランとモリブデンを含む前記合金の粒子を覆う、前記還元性金属の酸化物またはフッ化物の前記層を除去するステップと
    を含む、方法。
12. 前記第１の試薬が、二酸化ウラン、三酸化ウラン、三二酸化ウラン、四酸化ウラン、およびそれらの混合物から選択される酸化ウランの粉末である、請求項１１に記載の方法。
13. 前記酸化ウラン粉末は、寸法が１から１００μｍ、好ましくは５から５０μｍの範囲である粒子で形成されている、請求項１２に記載の方法。
14. 前記酸化ウラン粉末は、化学量論比Ｕ／Ｏが、２に等しいか、または実質的に２に等しい、二酸化ウラン粉末である、請求項１２または１３に記載の方法。
15. 前記第２の試薬は、寸法が２５０μｍ未満、好ましくは５から１５０μｍである粉末の形態である、請求項１１から１４のいずれかに記載の方法。
16. 前記第３の試薬が、アルカリ金属およびアルカリ土類金属から選択される、請求項１１から１５のいずれかに記載の方法。
17. 前記第３の試薬が、粉末、削り屑または旋削屑の形態で使用される、アルカリ土類金属である、請求項１６に記載の方法。
18. 前記第３の試薬がマグネシウムまたはカルシウムである、請求項１７に記載の方法。
19. ステップａ）が、反応密閉容器中で、前記第１および第２の試薬の均質な混合物で構成されるペレットの少なくとも１層と、前記第３の試薬の少なくとも２層を堆積させて、前記ペレットの層を、前記第３の試薬の両層の間に挿入させることによって実施される、請求項１１から１８のいずれかに記載の方法。
20. ステップｂ）が、９００℃以上であるが、ウランとモリブデンを含む合金の融解温度未満である温度において実施される、請求項１１から１９のいずれかに記載の方法。
21. ステップｂ）が、９５０から１１５０℃の範囲の温度において実施される、請求項２０に記載の方法。
22. ステップｂ）が５０から２００℃／時の温度上昇を含む、請求項１１から２１のいずれかに記載の方法。
23. ステップｄ）が、前記還元性金属の酸化物またはフッ化物の前記層を溶解させることによって実施される、請求項１１から２２のいずれかに記載の方法。
24. 特に実験原子炉用の核燃料を生産するための、請求項１から１０のいずれかに記載の、準安定γ相にあるウランとモリブデンを含む合金の粉末の使用。
25. 放射性同位体を製作することを目的とするターゲットを生産するための、請求項１から１０のいずれかに記載の、準安定γ相にあるウランとモリブデンを含む合金の粉末の使用。