JP3037916B2 - ウラン水素化物の微粉化防止方法 - Google Patents
ウラン水素化物の微粉化防止方法Info
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- JP3037916B2 JP3037916B2 JP9245072A JP24507297A JP3037916B2 JP 3037916 B2 JP3037916 B2 JP 3037916B2 JP 9245072 A JP9245072 A JP 9245072A JP 24507297 A JP24507297 A JP 24507297A JP 3037916 B2 JP3037916 B2 JP 3037916B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガンマ線および中
性子線の遮蔽材となるウラン水素化物を製造する際に問
題となる、水素化物の微粉化を防止し、ウラン水素化物
のハンドリング性および安全性を高める方法に関するも
のである。
性子線の遮蔽材となるウラン水素化物を製造する際に問
題となる、水素化物の微粉化を防止し、ウラン水素化物
のハンドリング性および安全性を高める方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】ウランの水素化物は、水素化の際の体積
変化によって、非常に細かい粉末となる。このため、極
めて反応活性な状態となり、大気中に取り出すと急速に
酸化反応が進行し、温度の上昇と同時に水素ガスを放出
するため、ハンドリング性、安全性の観点から大きな問
題がある。
変化によって、非常に細かい粉末となる。このため、極
めて反応活性な状態となり、大気中に取り出すと急速に
酸化反応が進行し、温度の上昇と同時に水素ガスを放出
するため、ハンドリング性、安全性の観点から大きな問
題がある。
【０００３】ウランの水素化に伴う微粉化の防止方法と
しては、従来から様々な合金化が試みられているが、大
別して二通りに限られる。一つはＴｉ、Ｚｒのように高
温においてウランと完全固溶する元素との合金化であり
（例えば、山脇道夫、山本琢也他、G0213B UTNL-R、No.
268 、34−35頁(1991) ）、もう一つは、金属間化合物
を作る元素との合金化である（例えば、T.Yamamoto, M.
Yamawaki et al., Fusion Technology, Vol. 14, Sep.
(1988)）。
しては、従来から様々な合金化が試みられているが、大
別して二通りに限られる。一つはＴｉ、Ｚｒのように高
温においてウランと完全固溶する元素との合金化であり
（例えば、山脇道夫、山本琢也他、G0213B UTNL-R、No.
268 、34−35頁(1991) ）、もう一つは、金属間化合物
を作る元素との合金化である（例えば、T.Yamamoto, M.
Yamawaki et al., Fusion Technology, Vol. 14, Sep.
(1988)）。
【０００４】しかしながら、前者の方法では、例えばＵ
−Ｔｉ合金の場合、ＵＴｉ2（Ｕ−６６ａｔ％Ｔｉ）お
よびＵＴｉ4（Ｕ−８０ａｔ％Ｔｉ）まで合金元素であ
るＴｉを添加することで微粉化が防止されるが、少量添
加した場合には十分な効果は認められていない。一方後
者の方法においては、例えばＵ−Ａｌ合金の場合、ＵＡ
ｌ2金属間化合物が得られるが、Ｕ−５．７ａｔ％Ａｌ
の水素化に際しては、純ウランの水素化と同様に微粉化
が起こり、微粉化防止効果という観点からは十分とは言
えない。
−Ｔｉ合金の場合、ＵＴｉ2（Ｕ−６６ａｔ％Ｔｉ）お
よびＵＴｉ4（Ｕ−８０ａｔ％Ｔｉ）まで合金元素であ
るＴｉを添加することで微粉化が防止されるが、少量添
加した場合には十分な効果は認められていない。一方後
者の方法においては、例えばＵ−Ａｌ合金の場合、ＵＡ
ｌ2金属間化合物が得られるが、Ｕ−５．７ａｔ％Ａｌ
の水素化に際しては、純ウランの水素化と同様に微粉化
が起こり、微粉化防止効果という観点からは十分とは言
えない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ガンマ線および中性子
線の遮蔽材として有用なウラン水素化物を製造しようと
する場合、得られたウラン水素化物の微粉化を防止して
ハンドリング性および安全性を高めると同時に、ウラン
への添加物をできるだけ少量に抑えてウラン密度を高く
保ち、水素化物中の水素吸蔵量も高く保つ（水素濃度を
高く保つ）必要がある。
線の遮蔽材として有用なウラン水素化物を製造しようと
する場合、得られたウラン水素化物の微粉化を防止して
ハンドリング性および安全性を高めると同時に、ウラン
への添加物をできるだけ少量に抑えてウラン密度を高く
保ち、水素化物中の水素吸蔵量も高く保つ（水素濃度を
高く保つ）必要がある。
【０００６】そこで本発明は、ウランの水素化物を製造
するに際して、ウランを予め合金化したのち水素化する
ことにより水素化物の微粉化を効果的に防止するととも
に、合金化の際の合金元素の添加量を少量に抑えて水素
化物中のウラン濃度を高く保つことができる、ウラン水
素化物の微粉化防止方法を提供することを課題とする。
するに際して、ウランを予め合金化したのち水素化する
ことにより水素化物の微粉化を効果的に防止するととも
に、合金化の際の合金元素の添加量を少量に抑えて水素
化物中のウラン濃度を高く保つことができる、ウラン水
素化物の微粉化防止方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明のウラン
水素化物の微粉化防止方法は、ウランを水素化してウラ
ン水素化物を製造するに際して、Ｕ6Ｍ型金属間化合物
を作る合金元素であるＦｅをウランに添加して予めウラ
ンを合金化してから水素化することを特徴とするもので
ある。
水素化物の微粉化防止方法は、ウランを水素化してウラ
ン水素化物を製造するに際して、Ｕ6Ｍ型金属間化合物
を作る合金元素であるＦｅをウランに添加して予めウラ
ンを合金化してから水素化することを特徴とするもので
ある。
【０００８】ウランは、ＦｅとＵ6Ｍ型の金属間化合物
を作る。ウランに対して少量のＦｅを添加して合金化す
ることにより、純ウラン相と金属間化合物相とが共存し
た状態の合金が得られる。水素化に際して発生するクラ
ックは主として純ウラン相で生ずるが、純ウラン相と金
属間化合物相との界面でクラックの進行が阻止される結
果、水素化物の微粉化を防止できるものと考えられる。
を作る。ウランに対して少量のＦｅを添加して合金化す
ることにより、純ウラン相と金属間化合物相とが共存し
た状態の合金が得られる。水素化に際して発生するクラ
ックは主として純ウラン相で生ずるが、純ウラン相と金
属間化合物相との界面でクラックの進行が阻止される結
果、水素化物の微粉化を防止できるものと考えられる。
【０００９】
【発明の実施の形態】合金元素であるＦｅの添加量は、
Ｕ6Ｍ型金属間化合物であるＵ6ＦｅにおけるＦｅの組成
である１４．３ａｔ％（３．８ｗｔ％）未満とすること
によって、得られる合金の金属相を純ウラン相とＵ6Ｍ
型金属間化合物相とが好ましい状態で共存する組織にす
ることができる。合金元素の添加量をかように低く保つ
ことができるため、ウラン合金中のウラン密度、および
水素化に際する水素吸蔵量をともに高く保つことができ
る。
Ｕ6Ｍ型金属間化合物であるＵ6ＦｅにおけるＦｅの組成
である１４．３ａｔ％（３．８ｗｔ％）未満とすること
によって、得られる合金の金属相を純ウラン相とＵ6Ｍ
型金属間化合物相とが好ましい状態で共存する組織にす
ることができる。合金元素の添加量をかように低く保つ
ことができるため、ウラン合金中のウラン密度、および
水素化に際する水素吸蔵量をともに高く保つことができ
る。
【００１０】これらのウラン合金を溶製する一般的な方
法としては、真空誘導加熱炉において、真空または不活
性ガス雰囲気中で、所定量の原料ウランおよび合金元素
を黒鉛製るつぼ中で溶融し、溶融物をるつぼ下方の黒鉛
製鋳型に鋳込むことにより、ウラン合金インゴットを得
る方法が採用できる。ただし、通常は目的の形状とする
必要があるので、各種機械加工によって成型が行われ、
さらに所望とする機械的強度や耐食性といった特性に応
じた熱処理（焼入れ、焼鈍など）が施される。
法としては、真空誘導加熱炉において、真空または不活
性ガス雰囲気中で、所定量の原料ウランおよび合金元素
を黒鉛製るつぼ中で溶融し、溶融物をるつぼ下方の黒鉛
製鋳型に鋳込むことにより、ウラン合金インゴットを得
る方法が採用できる。ただし、通常は目的の形状とする
必要があるので、各種機械加工によって成型が行われ、
さらに所望とする機械的強度や耐食性といった特性に応
じた熱処理（焼入れ、焼鈍など）が施される。
【００１１】溶融物を冷却するに際しては、緩やかな冷
却を行うと得られた合金の組織が粗大化して微粉化の防
止効果は小さくなる傾向がある。これに対して、合金を
水焼入れして急冷することによって、組織は微細にな
り、水素化物の微粉化を効果的に抑制することができ
る。
却を行うと得られた合金の組織が粗大化して微粉化の防
止効果は小さくなる傾向がある。これに対して、合金を
水焼入れして急冷することによって、組織は微細にな
り、水素化物の微粉化を効果的に抑制することができ
る。
【００１２】ウラン合金を水素化してウラン水素化物を
製造する一般的な方法としては、ＭｏヒーターまたはＷ
ヒーターを用いた真空加熱炉内に合金を入れて真空に引
いた後、炉を水素化温度に上げ、この状態で真空引きを
止めて所定圧力の水素ガスを炉内に導入して合金の水素
化を行う方法が採用できる。合金の水素吸蔵量を測定し
たい場合には、従来から慣用されているシーベルツ装置
を用いて水素化を行うこともできる。
製造する一般的な方法としては、ＭｏヒーターまたはＷ
ヒーターを用いた真空加熱炉内に合金を入れて真空に引
いた後、炉を水素化温度に上げ、この状態で真空引きを
止めて所定圧力の水素ガスを炉内に導入して合金の水素
化を行う方法が採用できる。合金の水素吸蔵量を測定し
たい場合には、従来から慣用されているシーベルツ装置
を用いて水素化を行うこともできる。
【００１３】なお本発明においては、合金元素としてＦ
ｅを使用しているが、ウランとＵ6Ｍ型金属間化合物を
作る合金元素であるＣｏ、ＭｎおよびＮｉについても、
Ｆｅと同様に使用することができ、これらのウラン合金
についてもウラン水素化物を製造する際に微粉化抑制効
果を奏するものである。
ｅを使用しているが、ウランとＵ6Ｍ型金属間化合物を
作る合金元素であるＣｏ、ＭｎおよびＮｉについても、
Ｆｅと同様に使用することができ、これらのウラン合金
についてもウラン水素化物を製造する際に微粉化抑制効
果を奏するものである。
【００１４】
［実施例１］純ウランの他に、Ｕ−４ａｔ％Ｆｅ、Ｕ−
８ａｔ％Ｆｅ、Ｕ−１２ａｔ％Ｆｅ、Ｕ−１４．３ａｔ
％Ｆｅのウラン合金試料を溶製した。溶製に際しては、
計算量の原料ウランと鉄とを合計量で１０ｇまたは１ｇ
となるようにイットリア製るつぼ中に装荷し、高周波誘
導加熱炉を用い、アルゴン雰囲気中、１２００℃で加熱
溶融した。
８ａｔ％Ｆｅ、Ｕ−１２ａｔ％Ｆｅ、Ｕ−１４．３ａｔ
％Ｆｅのウラン合金試料を溶製した。溶製に際しては、
計算量の原料ウランと鉄とを合計量で１０ｇまたは１ｇ
となるようにイットリア製るつぼ中に装荷し、高周波誘
導加熱炉を用い、アルゴン雰囲気中、１２００℃で加熱
溶融した。
【００１５】溶融物の冷却に際しては、次のような異な
る冷却方法を施した。 溶融物をるつぼに入れたまま加熱をやめるつぼと共に
冷却した。 １２００℃の溶融物をるつぼごと水槽に落とし水焼入
れして急冷した。
る冷却方法を施した。 溶融物をるつぼに入れたまま加熱をやめるつぼと共に
冷却した。 １２００℃の溶融物をるつぼごと水槽に落とし水焼入
れして急冷した。
【００１６】かくして得られた試料について、それらの
組織をＸ線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）により観
察した結果、純ウランではウラン単相が認められ、Ｕ−
１４．３ａｔ％（３．８ｗｔ％）ＦｅではＵ6Ｆｅ金属
間化合物単相が認められた。これに対して、Ｕ−４ａｔ
％（１．０ｗｔ％）Ｆｅ、Ｕ−８ａｔ％（２．０ｗｔ
％）Ｆｅ、Ｕ−１２ａｔ％（３．０ｗｔ％）Ｆｅにおい
ては、ウラン相とＵ6Ｆｅ金属間化合物相とが共存する
組織を示した。
組織をＸ線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）により観
察した結果、純ウランではウラン単相が認められ、Ｕ−
１４．３ａｔ％（３．８ｗｔ％）ＦｅではＵ6Ｆｅ金属
間化合物単相が認められた。これに対して、Ｕ−４ａｔ
％（１．０ｗｔ％）Ｆｅ、Ｕ−８ａｔ％（２．０ｗｔ
％）Ｆｅ、Ｕ−１２ａｔ％（３．０ｗｔ％）Ｆｅにおい
ては、ウラン相とＵ6Ｆｅ金属間化合物相とが共存する
組織を示した。
【００１７】また、Ｕ−４ａｔ％Ｆｅ、Ｕ−８ａｔ％Ｆ
ｅ、Ｕ−１２ａｔ％Ｆｅでは、合金を急冷したものほ
ど、組織が微細化しているのが認められた。参考までに
Ｕ−８ａｔ％Ｆｅのウラン合金について、冷却方法の相
違による組織の変化を図１、図２および図３に示す。図
１は、１０ｇの溶融物をるつぼに入れたまま徐冷した合
金の組織を示し、Ｕ6Ｆｅ金属間化合物相からなるマト
リックスの中にウラン相が点在している。図２は、１０
ｇの溶融物を水焼入れにより急冷した合金組織を示して
おり、図１のものより組織が微細化しているのがわか
る。さらに図３は、１ｇの溶融物を水焼入れして急冷し
た合金組織を示しており、冷却速度が図２の合金よりも
一層高まるため、組織がさらに微細化している。
ｅ、Ｕ−１２ａｔ％Ｆｅでは、合金を急冷したものほ
ど、組織が微細化しているのが認められた。参考までに
Ｕ−８ａｔ％Ｆｅのウラン合金について、冷却方法の相
違による組織の変化を図１、図２および図３に示す。図
１は、１０ｇの溶融物をるつぼに入れたまま徐冷した合
金の組織を示し、Ｕ6Ｆｅ金属間化合物相からなるマト
リックスの中にウラン相が点在している。図２は、１０
ｇの溶融物を水焼入れにより急冷した合金組織を示して
おり、図１のものより組織が微細化しているのがわか
る。さらに図３は、１ｇの溶融物を水焼入れして急冷し
た合金組織を示しており、冷却速度が図２の合金よりも
一層高まるため、組織がさらに微細化している。
【００１８】上記で得られた合金試料から約１ｇを切り
出して水素化試料とし、０．５気圧の水素雰囲気中、３
００℃にて合金を水素化した。純ウランでは微粉化し、
Ｕ−１４．３ａｔ％Ｆｅでは粉末化したものの粒子は大
きくなっていた。これに対して、Ｕ−４ａｔ％Ｆｅ、Ｕ
−８ａｔ％Ｆｅ、Ｕ−１２ａｔ％Ｆｅの合金では、明ら
かに微粉化抑制効果が認められ、その程度は冷却速度が
高くなるほど大きくなっているのが確認された。特に、
１ｇの合金溶融物を水焼入れして急冷したものでは、微
細なクラックが導入されていたものの、ほとんど粉末化
は認められなかった。
出して水素化試料とし、０．５気圧の水素雰囲気中、３
００℃にて合金を水素化した。純ウランでは微粉化し、
Ｕ−１４．３ａｔ％Ｆｅでは粉末化したものの粒子は大
きくなっていた。これに対して、Ｕ−４ａｔ％Ｆｅ、Ｕ
−８ａｔ％Ｆｅ、Ｕ−１２ａｔ％Ｆｅの合金では、明ら
かに微粉化抑制効果が認められ、その程度は冷却速度が
高くなるほど大きくなっているのが確認された。特に、
１ｇの合金溶融物を水焼入れして急冷したものでは、微
細なクラックが導入されていたものの、ほとんど粉末化
は認められなかった。
【００１９】
【発明の効果】本発明により、合金元素の添加量を少量
に抑えても、水素化物の微粉化を防止することができ
る。特に、合金溶製の際の冷却速度を大きくすること
で、ほとんど粉末化しない水素化物を得ることができ
る。
に抑えても、水素化物の微粉化を防止することができ
る。特に、合金溶製の際の冷却速度を大きくすること
で、ほとんど粉末化しない水素化物を得ることができ
る。
【図１】Ｕ−８ａｔ％Ｆｅの合金溶融物１０ｇをるつぼ
内で徐冷した試料の組織を示す電顕写真である。
内で徐冷した試料の組織を示す電顕写真である。
【図２】Ｕ−８ａｔ％Ｆｅの合金溶融物１０ｇを水焼入
れにより急冷した試料の組織を示す電顕写真である。
れにより急冷した試料の組織を示す電顕写真である。
【図３】Ｕ−８ａｔ％Ｆｅの合金溶融物１ｇを水焼入れ
により急冷した試料の組織を示す電顕写真である。
により急冷した試料の組織を示す電顕写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾上 毅 茨城県那珂郡那珂町向山1002−14 三菱 マテリアル株式会社 那珂エネルギー研 究所内 (72)発明者 金谷 功 茨城県那珂郡那珂町向山1002−14 三菱 マテリアル株式会社 那珂エネルギー研 究所内 (72)発明者 八木 宏之 茨城県那珂郡那珂町向山1002−14 三菱 マテリアル株式会社 那珂エネルギー研 究所内 (72)発明者 衣笠 学 東京都港区赤坂１丁目９番13号 動力 炉・核燃料開発事業団 本社内 (72)発明者 川戸 善実 東京都港区赤坂１丁目９番13号 動力 炉・核燃料開発事業団 本社内 (56)参考文献 日本原子力学会1997年（第35回）春の 年会 要旨集第▲ＩＩＩ▼分冊 第477 頁（Ｊ51の項) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G21F 1/08 G21F 3/00
Claims (3)
- 【請求項１】 ウランを水素化してウラン水素化物を製
造するに際して、Ｕ6Ｍ型金属間化合物を作る合金元素
であるＦｅをウランに添加して予めウランを合金化して
から水素化することを特徴とする、ウラン水素化物の微
粉化防止方法。 - 【請求項２】 前記合金元素の添加量を、Ｕ6Ｍ型金属
間化合物の組成である１４．３ａｔ％未満とすることを
特徴とする請求項１記載のウラン水素化物の微粉化防止
方法。 - 【請求項３】 前記合金化に際して、合金溶融物を水焼
入れにより急冷することを特徴とする請求項１または２
記載のウラン水素化物の微粉化防止方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9245072A JP3037916B2 (ja) | 1997-09-10 | 1997-09-10 | ウラン水素化物の微粉化防止方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9245072A JP3037916B2 (ja) | 1997-09-10 | 1997-09-10 | ウラン水素化物の微粉化防止方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1184080A JPH1184080A (ja) | 1999-03-26 |
| JP3037916B2 true JP3037916B2 (ja) | 2000-05-08 |
Family
ID=17128187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9245072A Expired - Fee Related JP3037916B2 (ja) | 1997-09-10 | 1997-09-10 | ウラン水素化物の微粉化防止方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3037916B2 (ja) |
-
1997
- 1997-09-10 JP JP9245072A patent/JP3037916B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 日本原子力学会１９９７年（第３５回）春の年会 要旨集第▲ＩＩＩ▼分冊 第４７７頁（Ｊ５１の項） |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1184080A (ja) | 1999-03-26 |
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