JP3207841B1 - アルミニウム複合粉末およびその製造方法、アルミニウム複合材料、使用済み燃料貯蔵部材およびその製造方法 - Google Patents

アルミニウム複合粉末およびその製造方法、アルミニウム複合材料、使用済み燃料貯蔵部材およびその製造方法

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    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Abstract

【要約】 【課題】 角パイプの効率的な生産を行うこと。 【解決手段】 アルミニウム粉末と中性子吸収材粉末と
酸化物、窒化物、炭化物または硼化物からなる第三粒子
とを混合し、冷間静水圧成形法（ＣＩＰ）により予備成
形体を成形する。続いて、予備成形体をキャニングしか
ら、熱間静水圧成形法（ＨＩＰ）により予備成形体を焼
結する。焼結後、缶の外削、端面削を行い、ビレットを
取り出す。そして、このビレットを押し出して角パイプ
を成形する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、燃焼を終えた使
用済み核燃料集合体を収容、貯蔵するものであってキャ
スクやラックを構成する使用済み燃料貯蔵部材に使用す
ることができる材料或いはその製造方法であり、また、
このような材料により製造した使用済み燃料貯蔵部材に
関する。
【０００２】
【従来の技術】核燃料サイクルの終期にあって燃焼を終
え使用できなくなった核燃料集合体を、使用済み核燃料
という。現在、この使用済み核燃料は、再処理するまで
貯蔵施設において貯蔵管理されている。たとえば、燃料
プールによる貯蔵方式においては、プール内に角パイプ
を束ねたＳＵＳラックを沈め、この角パイプ内に使用済
み燃料集合体を収容することにより、冷却効果、遮蔽効
果、未臨界性などの要求を満たようにしている。
【０００３】近年では、ラックを構成する角パイプとし
て、ステンレス材にボロンを添加したものが用いられ始
めている。このような角パイプを用いれば、角パイプの
間に配置していた中性子吸収材を省略できるから、角パ
イプ間の隙間を埋めることができる。このため、プール
のピット内に挿入できる角パイプの本数が増えるから、
その分、使用済み燃料集合体の収容数を増加させること
ができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような角パイプ
は、キャスク、横型サイロ、プール、ボールドなどの各
種貯蔵方式に適用することができるが、ラックを構成す
るにしてもその生産すべき本数が多いので、角パイプを
効率的に生産できる技術が要求されている。また、使用
済み燃料集合体から発生する中性子を確実に吸収する必
要があるため、角パイプの構造には高い健全性が要求さ
れる。
【０００５】また、角パイプは、使用済み燃料集合体を
貯蔵する際に使用するものであるが、当該角パイプ式の
ラックの他に平板式のラックが知られており、このよう
な平板式のラックにおいても効率的な生産性および構造
の健全性が要求されている。さらに、加圧水型炉（ＰＷ
Ｒ：Pressurized Water Reactor）用の使用済み燃料集
合体は、その重量が大きいため、これを収容するラック
にはより大きな強度が求められる。この発明は、このよ
うな使用済み燃料集合体を収容するための材料やその製
造方法、或いは使用済み燃料貯蔵部材に関するものであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、請求項１にかかるアルミニウム複合粉末は、メカ
ニカルアロイングを用い、アルミニウムマトリックスに
対して、前記メカニカルアロイングにより粉砕した中性
子吸収材と、酸化物、窒化物、炭化物または硼化物から
なる第三粒子とを分散させたものである。
【０００７】アルミニウムマトリックス中に分散された
中性子吸収材は、その結晶粒界におけるすべりを阻害
し、材料を強化するように作用する。また、酸化物など
からなる第三粒子は、アルミニウムマトリックス中に分
散することにより、前記結晶粒子のすべりの阻害をより
促進することになり、この結果、材料の強度をさらに高
くすることができる。なお、この場合、分散した第三粒
子の添加量は０．１重量％以上３０重量％以下とするの
が好ましく（請求項２）、さらに、アルミニウムマトリ
ックス中における第三粒子の平均粒径が、０．０１μｍ
以上１０μｍ以下になるように前記第三粒子を添加する
のが好ましい（請求項３）。
【０００８】続いて、上記アルミニウム複合粉末におい
ては、その中性子吸収材の添加量を１重量％以上２０重
量％以下とするのが好ましく（請求項４）、さらに、前
記添加する粉末状の中性子吸収材の平均粒径を０．０１
μｍ以上１００μｍ以下とするのが好ましい（請求項
５）。
【０００９】また、請求項６にかかるアルミニウム複合
粉末の製造方法は、マトリックス材としてのアルミニウ
ム粉末と、中性子吸収材と、酸化物、窒化物、炭化物ま
たは硼化物からなる第三粒子とを混合する工程と、当該
混合粉末をメカニカルアロイングすることで、アルミニ
ウムマトリックス中に粉砕した前記中性子吸収材および
前記第三粒子を分散させる工程と、を含むものである。
【００１０】メカニカルアロイングを施すことにより、
アルミニウムがつぶされながら折りたたまれ、扁平な形
状となる。また、Ｂなどの中性子吸収材もメカニカルア
ロイングにより微細に粉砕され、扁平化したアルミニウ
ムマトリックス中に均一分散される。また、最終的に
は、これら扁平粒子が結合して通常の粒子状になる。こ
れにより、アルミニウムの結晶すべりが阻害され、十分
な強度を得ることができるようになるが、この発明で
は、さらに酸化物などからなる第三粒子を微細に粉砕し
てアルミニウムマトリックス中に分散させるようにして
いる。この分散した第三粒子は、前記結晶すべりの阻害
を促進するものと考えられる。このようにして製造した
アルミニウム複合粉末は、非常に大きな強度を得ること
ができる。
【００１１】また、請求項７にかかるアルミニウム複合
粉末の製造方法は、上記アルミニウム複合粉末の製造方
法において、前記アルミニウム粉末の表面に予め酸化皮
膜を形成する工程と、メカニカルアロイングすることで
前記アルミニウム粉末の表面に形成した酸化皮膜を前記
酸化物として複合粉末に混入させる工程とを含むように
したものである。
【００１２】第三粒子に酸化物を用いる場合、この酸化
物を別に添加するのではなく、アルミニウム粉末の表面
に予め酸化皮膜として形成しておき、メカニカルアロイ
ング時において、この酸化皮膜を剥離・粉砕して、第三
粒子としてマトリックス中に分散させる。このようにす
れば、第三粒子を製作する手間やこれを添加する工程を
省略することができ、アルミニウム複合粉末の製造が容
易になる。
【００１３】また、請求項８にかかるアルミニウム複合
材料は、アルミニウムマトリックス中に、中性子吸収材
と、酸化物、窒化物、炭化物または硼化物からなる第三
粒子とを含有させたものである。上記した通り、アルミ
ニウムマトリックス中に微細な中性子吸収材と、第三粒
子とを均一に分散させることで、これらがアルミニウム
粒界すべりを阻害し、母材の強度を向上させる効果があ
る。このようなアルミニウムマトリックス粉末を焼結さ
せることにより、材料中に中性子吸収材および第三元素
が含有されることになるから、その強度を飛躍的に向上
させることができる。なお、前記焼結には、常圧焼結、
真空焼結および放電焼結などの各種焼結を含むものと
し、さらに焼結の前工程として予備成形を行うことを妨
げない。また、このようなアルミニウム複合材料は、使
用済み燃料集合体を収容するバスケットに用いることが
できる。このバスケットは、たとえば角パイプを集合さ
せた構造、あるいは板材を交互に組み合わせた構造とな
る。
【００１４】また、上記アルミニウム複合材料では、第
三粒子の含有量が０．１重量％以上３０重量％以下とす
るのが好ましく（請求項９）、その平均粒径が０．０１
μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい（請求項１
０）。さらに、前記中性子吸収材の含有量は、１重量％
以上２０重量％以下とするのが好ましく（請求項１
１）、この添加する粉末状の中性子吸収材の平均粒径が
０．０１μｍ以上１００μｍ以下となるようにすれば、
より好適な結果を得ることができるようになる（請求項
１２）。なお、これらの理由については、下記実施の形
態において説明する。
【００１５】また、請求項１３にかかる使用済み燃料貯
蔵部材の製造方法は、使用済み燃料の貯蔵に用いる部材
を製造する使用済み燃料貯蔵部材の製造方法において、
アルミニウム粉末、中性子吸収材粉末、および酸化物、
窒化物、炭化物または硼化物を含む第三粒子を混合する
工程と、前記複合粉末を予備成形する工程と、前記予備
成形体をキャニングする工程と、キャニングした予備成
形体を焼結する工程とを含むものである。
【００１６】まず、アルミニウム粉末、中性子吸収材粉
末および第三粒子を混合して当該混合粉末を予備成形す
る。予備成形を行うことにより、成形密度のばらつきを
少なくできる。続いて、この予備成形体をキャニング
し、焼結処理を施す。これにより、使用済み燃料貯蔵部
材を成形する前のビレットが完成する。なお、缶内のビ
レットを取り出すには、缶を外削および端面削を行う。
焼結は、ホットプレスや熱間静水圧成形法（ＨＩＰ：Ho
t Isostatic Press）により行うのが好ましく（請求項
１４）、この他に擬ＨＩＰや常圧焼結法などを用いるこ
ともできる。また、使用済み燃料貯蔵部材としては、た
とえば、バスケットを構成する角パイプあるいは平板式
ラックを構成する板状部材を挙げることができる。
【００１７】また、請求項１５にかかる使用済み燃料貯
蔵部材の製造方法は、使用済み燃料の貯蔵に用いる部材
を製造する使用済み燃料貯蔵部材の製造方法において、
アルミニウム粉末、中性子吸収材粉末、および酸化物、
窒化物、炭化物または硼化物からなる第三粒子を混合す
る工程と、前記複合粉末を常圧焼結または真空焼結する
工程とを含むものである。
【００１８】このように、上記キャニングを省略して常
圧焼結または真空焼結するようにしてもよい。キャニン
グを省略すれば、常圧焼結または真空焼結した後に外削
などの機械加工をせずに済む。このため、ビレットの製
造が容易になる。真空焼結には、真空ホットプレスが好
適であり（請求項１６）、この他に真空擬ＨＩＰなどを
用いることができる。また、前記焼結を真空ホットプレ
スにより行うことにより、安価で高品質の使用済み燃料
貯蔵部材を製造することができる。
【００１９】また、請求項１７にかかる使用済み燃料貯
蔵部材の製造方法は、使用済み燃料の貯蔵に用いる部材
を製造する使用済み燃料貯蔵部材の製造方法において、
アルミニウム粉末と中性子吸収材粉末とを混合する工程
と、冷間静水圧成形法により予備成形体を成形する工程
と、予備成形体を放電焼結する工程とを含むものであ
る。
【００２０】予備成形体を放電焼結することにより、通
常の焼結に比べて短時間で焼結することができる。この
ため、使用済み燃料貯蔵部材の製造を効率的に行うこと
ができる。また、キャニングを省略しているので、外削
などの機械加工が不要になる分、使用済み燃料貯蔵部材
を安価に製造することができるようになる。ここで、前
記放電焼結には、放電プラズマ焼結を用いるのが好まし
い（請求項１８）。放電プラズマ焼結によるエネルギー
によりアルミニウムの不動体皮膜が除去されることなど
から、良好な焼結を行うことができるからである。ま
た、放電プラズマ焼結の他に熱プラズマ焼結などを用い
ることもできる。
【００２１】また、請求項１９にかかる使用済み燃料貯
蔵部材の製造方法は、上記使用済み燃料貯蔵部材の製造
方法において、さらに、押出成形により角パイプまたは
角パイプを構成する板材を成形する工程を含むようにし
たものである。また、請求項２０にかかる使用済み燃料
貯蔵部材の製造方法は、上記使用済み燃料貯蔵部材の製
造方法において、さらに、押出成形により使用済み燃料
の案内管に挿入する棒体を成形する工程を含むようにし
たものである。このように、上記方法により製造したビ
レットを押し出すことで、使用済み燃料貯蔵部材である
角パイプや棒体を容易に製造することが可能になる（請
求項１９および２０）。なお、角パイプは、押し出しに
より直接成形するようにしてもよいし、板材を押し出し
てから溶接成形するようにしてもよい。
【００２２】また、請求項２１にかかる使用済み燃料貯
蔵部材の製造方法は、上記使用済み燃料貯蔵部材の製造
方法において、さらに、上記混合に、メカニカルアロイ
ングを用いるようにしたものである。当該メカニカルア
ロイングとしては、たとえば各種ボールミリングを用い
ることができる。ボールミリングにより、アルミニウム
粉末が次第に折りたたまれ、扁平粒子となる。また、中
性子吸収材および第三粒子は、ボールミリングにより粉
砕されて初期の平均粒径に比べて相当程度小さくなり、
アルミニウムマトリックス中にすり込まれつつ分散す
る。そして、ＭＡ後に前記扁平粒子は、最終的に中性子
吸収材および第三粒子を含んだ粒子となる。このように
すれば、中性子吸収材を微細かつ均一に分散させること
ができ、使用済み燃料貯蔵部材の機械的強度を向上させ
ることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、この発明にかかるアルミニ
ウム複合粉末およびその製造方法、アルミニウム複合材
料、使用済み燃料貯蔵部材およびその製造方法につき図
面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態
によりこの発明が限定されるものではない。
【００２４】（実施の形態１）この発明の実施の形態１
にかかるアルミニウム複合材では、ＢまたはＢ化合物の
ほかに、酸化物などの第三粒子を添加し、メカニカルア
ロイングを施すことにより、材料強度の向上を図る。そ
のためには、まず、アトライタミルの容器内にマトリッ
クス材としてのＡｌまたはＡｌ合金粉末と、中性子吸収
材であるＢまたはＢ化合物の粉末と、酸化物、窒化物、
炭化物または硼化物を含む第三粒子とを投入する。
【００２５】この場合の第三粒子の添加量は、０．１重
量％以上３０重量％以下とする。０．１重量％よりも小
さいと、強度向上の効果がなく、３０重量％よりも大き
いと製作した材料の伸びが低下するからである。また、
Ａｌマトリックス中における前記第三粒子の平均粒径
は、０．０１μｍ以上１０μｍ以下とする。０．０１μ
ｍより小さいものは、市場において非常に高価であって
大量に入手し難いものである。また、１０μｍより大き
いものは、材料の強度向上に寄与しにくいためである。
【００２６】つぎに、ＢまたはＢ化合物の添加量は、１
重量％以上２０重量％以下とする。１重量％よりも小さ
いと中性子吸収能に不足が生じ、２０重量％より大きい
と材料の伸びおよび靭性が低下するからである。また、
ＢまたはＢ化合物の平均粒径は、０．０１μｍ以上１０
０μｍ以下とする。０．０１μｍより小さいものは高価
であり、１００μｍより大きいものは強度の低下を招く
からである。
【００２７】また、中性子吸収能を有する元素であれ
ば、ＢまたはＢ化合物のほか、Ｃｄ、Ｈｆ、希土類元素
などの中性子吸収断面積の大きなものを用いるようにし
てもよい。たとえば沸騰水型炉（ＢＷＲ：Boiling Wate
r Reactor）の場合には、主にＢまたはＢ化合物が用い
られるが、ＰＷＲの場合には、Ａｇ−Ｉｎ−Ｃｄ合金が
用いられる。なお、Ａｇ−Ｉｎ−Ｃｄ合金の組成は、Ｉ
ｎを１５重量％、Ｃｄを５重量％にするのが一般的であ
る。希土類元素には、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｇｄなどの酸化物を
用いることができる。
【００２８】第三粒子に用いる酸化物としては、たとえ
ばＡｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＳｉＯ2、ＭｇＯ、ＴｉＯ2、Ｃ
ｒ2Ｏ3を挙げることができる。窒化物としてはたとえば
Ｓｉ3Ｎ4、ＢＮを用いることができる。また、炭化物に
はたとえばＳｉＣ、ＷＣ、Ｃｒ3Ｃ2を、硼化物としては
たとえばＺｒＢ2を用いることができる。なお、用いる
第三粒子は、ここに例示したものに限定されず、これ以
外のものも必要に応じて適宜選択することができる。
【００２９】また、使用し得るＡｌまたはＡｌ合金粉末
は、純アルミニウム地金（ＪＩＳ１ｘｘｘ系）、Ａｌ−
Ｃｕ系アルミニウム合金（ＪＩＳ ２ｘｘｘ系）、Ａｌ
−Ｍｇ系アルミニウム合金（ＪＩＳ ５ｘｘｘ系）、Ａ
ｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金（ＪＩＳ ６ｘｘｘ
系）、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系アルミニウム合金（ＪＩＳ
７ｘｘｘ系）、Ａｌ−Ｆｅ系アルミニウム合金（Ｆｅ含
有率が１〜１０重量％）の他にも、たとえばＡｌ−Ｍｎ
系アルミニウム合金（ＪＩＳ ３ｘｘｘ系）などがあ
り、強度、延性、加工性、耐熱性など必要とする特性に
応じて選択することが可能である。
【００３０】また、これらのＡｌまたはＡｌ合金には、
均一で微細な組織を持つ急冷凝固粉を使用する。この急
冷凝固粉を得るための急冷凝固法としては、単ロール
法、双ロール法、エアアトマイズやガスアトマイズなど
のアトマイズ法といった周知技術を採用できる。このよ
うな急冷凝固法によって得られたＡｌ合金粉末には、平
均粒径が５〜１５０μｍのものを用いるのが好ましい。
【００３１】その理由は、平均粒径が５μｍ未満では微
粉のために各粒子が擬集をするので、結局大きな粒子の
塊になることとアトマイズ法による製造の限界（微細な
粉末だけを分け取る必要があり、粉末製造歩留が極端に
悪化して、コストを急増させる）のためであり、平均粒
径が１５０μｍを超えると急冷凝固でなくなるなどのア
トマイズ法による製造の限界と、微細な添加粒子との均
一混合が困難になるといった問題とのためである。最も
望ましい平均粒径は５０〜１２０μｍである。急冷擬固
の急冷速度は、１０2℃／ｓｅｃ以上、望ましくは１０3
℃／ｓｅｃ以上である。
【００３２】一方、上記ＡｌまたはＡｌ合金粉末と混合
するＢまたはＢ化合物は、特に高速中性子の吸収能が大
きいという特徴を有している。なお、本発明で使用可能
な好適なＢ化合物としては、Ｂ4Ｃ、Ｂ2Ｏ3 などがあ
る。なかでもＢ4Ｃは、単位量当たりのＢ含有量が多く
少量の添加で大きな中性子吸収能を得られる他、非常に
高い硬度を有するなど構造材への添加粒子として特に好
適である。
【００３３】なお、第三粒子は、酸化物、窒化物、炭化
物または硼化物から構成されるが、これら以外の粒子を
含むことを妨げない。たとえば高強度性を付与するため
の添加元素としてＺｒ、Ｔｉなどを混ぜておくようにし
てもよい。
【００３４】続いて、上記配合割合にて投入した原料粉
末をアトライタミルによりメカニカルアロイング（Ｍ
Ａ：Mechanical Alloying）する。なお、アトライタミ
ルの他には、一般的な転動ミルや揺動ミルを用いること
ができる。ＭＡにより、Ａｌ粉末またはＡｌ合金粉末が
ボールにより押しつぶされ且つ折りたたまれて扁平化す
る。また、ＭＡ処理により、ＢまたはＢ化合物および第
三粒子が微細粉砕されて、Ａｌマトリックス中に均一に
すり込まれる。また、これらの扁平粒子はＭＡ後にＡｌ
或いはＡｌ合金および第三粒子を含んだ通常の粒子形状
になる。
【００３５】このように第三粒子を添加し且つＭＡ処理
を施すことにより、材料強度を飛躍的に向上させること
ができる。具体的には、通常の混合装置（たとえばクロ
スロータリーミキサーやＶミキサーなど）を用いて混合
し焼結形成した材料に比べて、その強度を３倍まで向上
できることが判った。また、高い硬度を有するＢまたは
Ｂ化合物を微細かつ均一にマトリックス中に分散し、そ
れによってＢの凝集を防止するようにしているので、押
出性を向上することができる。このため、押出用のダイ
スの磨耗低減にも効果がある。
【００３６】また、第三粒子の添加にあたっては、Ａｌ
粉末またはＡｌ合金粉末を予め酸化処理してその粒子の
表面に酸化皮膜を形成し、上記ＭＡ工程において当該酸
化皮膜を微細に粉砕し、Ａｌマトリックス中に分散させ
るようにしてもよい。Ａｌ粉末またはＡｌ合金粉末の酸
化処理は、原料粉末を大気中で加熱処理することにより
行う。Ａｌ粉末またはＡｌ合金粉末を加熱容器に入れ、
４００℃〜５００℃で加熱しつつ攪拌する。これを数時
間行うことにより、Ａｌ粉末またはＡｌ合金粉末の表面
に十分な酸化皮膜を形成することができる。
【００３７】（実施の形態２）図１は、使用済み燃料貯
蔵部材である角パイプを示す断面図である。この角パイ
プ１は、断面が正方形をしており、上記実施の形態１に
て製造したＡｌ合金から構成されている。図２は、図１
に示した角パイプの製造方法を示すフローチャートであ
る。まず、上記実施の形態１に示す方法によりＡｌ合金
粉末を作成する（ステップＳ２０１）。
【００３８】つぎに、複合粉末をラバーケース内に入れ
て１０-2Ｔｏｒｒ程度まで真空引きした後、気密テープ
により真空封入し、ＣＩＰ（Cold Isostatic Press）に
より常温で全方向から均一に高圧をかけ、予備成形を行
う（ステップＳ２０２）。ＣＩＰの成形圧力は１００Ｍ
Ｐａ〜２００ＭＰａとする。ＣＩＰ処理により、粉状体
の体積は約２割ほど減少し、その予備成形体の直径が６
００ｍｍ、長さが１５００ｍｍになる。また、ＣＩＰに
よって全方向から均一に圧力を加えることにより、成形
密度のばらつきが少ない高密度な成形品を得ることがで
きる。
【００３９】続いて、前記予備成形体をアルミニウム缶
（アルミニウム合金継目無缶：ＪＩＳ６０６３）に真空
封入する。缶内は、１０-4Torr程度まで真空引きし、３
００℃まで昇温する（ステップＳ２０３）。この脱ガス
工程にて缶内のガス成分および水分を除去する。つぎの
工程では、真空脱ガスした成形品をＨＩＰ（Hot Isosta
tic Press ）により再成形する（ステップＳ２０４）。
ＨＩＰの成形条件は、温度４００℃〜４５０℃、時間３
０ｓｅｃ、圧力６０００ｔｏｎとし、成形品の直径が４
００ｍｍになるようにする。
【００４０】続いて、缶を除去するために機械加工によ
り外削、端面削を施し（ステップＳ２０５）、ポートホ
ール押出機を用いて当該ビレットを熱間押出しする（ス
テップＳ２０６）。この場合の押出条件として、加熱温
度を５００℃〜５２０℃、押出速度を５ｍ／ｍｉｎとす
る。なお、この条件は、Ｂの含有量により適宜変更す
る。
【００４１】つぎに、押出成形後、引張矯正を施すと共
に（ステップＳ２０７）、非定常部および評価部を切断
し、製品とする（ステップＳ２０８）。完成した角パイ
プ１は、図１に示すように、断面の一辺が１６２ｍｍ、
内側が１５１ｍｍの四角形状となる。
【００４２】なお、上例では押出機に、圧縮率が高く、
アルミニウムなどの軟質材の複雑形状押出しに適したポ
ートホール押出しを用いたが、これに限定されない。た
とえば、固定または移動マンドレル方式を採用してもよ
い。また、直接押出しの他、静水圧押出しを行うように
してもよく、当事者の可能な範囲で適宜選択することが
できる。さらに、上記ＨＩＰを用いることによりニヤネ
ットシェイプ成形が可能になるが、後に押出し工程があ
ることに鑑み、これに代えて擬ＨＩＰを用いるようにし
ても十分な精度を確保することができる。具体的には、
一軸方向に圧縮する金型内に圧力伝達媒体であるセラミ
ック粒状体を入れ、焼結するものである。この方法によ
っても、良好な角パイプ１を製造することができる。
【００４３】また、上記ＨＩＰに代えて、ホットプレス
を用いることもできる。ホットプレスは、耐熱型を加熱
して一軸加圧下で焼結する方法である。上記の場合、ホ
ットプレスは、予備成形体を缶に封入して真空脱ガスし
た後、４００℃〜４５０℃の温度で１０ｓｅｃ〜３０ｓ
ｅｃ加熱し、６０００ｔｏｎの圧力条件下で行う。後に
押出し工程があるから、ホットプレスによっても十分な
品質のビレットを製作できるが、ビレットのサイズその
他の条件により焼結状態が良くない場合は、ＨＩＰを用
いるようにすれば良い。ホットプレスの利点は、生産性
が良く、安価である点にある。さらに、ホットプレスの
他に常圧焼結法を用いる場合もある。また、上記ＣＩＰ
を省略することも可能である。この場合には、ラバーケ
ースに入れる手間などを省くことができるので、角パイ
プの製造が容易になる。
【００４４】（実施の形態３）図３は、この発明の実施
の形態３にかかる角パイプ１の製造方法を示すフローチ
ャートである。この角パイプ１の製造方法は、同図に示
すように、上記缶封入および真空加熱脱ガス（ステップ
Ｓ２０３）、ＨＩＰ（ステップＳ２０４）、外削および
端面削（ステップＳ２０５）に代えて、真空ホットプレ
スを用いた点に特徴がある（真空ホットプレス工程：Ｓ
３０３）。その他の工程は、上記実施の形態２と略同様
であるからその説明を省略する（ステップＳ３０１〜Ｓ
３０２、Ｓ３０４〜Ｓ３０６）。
【００４５】図４は、この角パイプの製造方法に用いる
真空ホットプレス装置を示す構成図である。この真空ホ
ットプレス装置１０は、ダイ１１と、ダイ１１の内面に
設けたダイリング１２と、ベース１３と、パンチ１４と
から構成されている。これらはいずれもグラファイト製
である。ダイリング１２、ベース１３およびパンチ１４
により構成される成形室内には、ＣＩＰ工程において製
作した予備成形体Ｐを挿入する。ダイ１１の周囲には、
加熱用の黒鉛ヒータ１５が配置されている。
【００４６】また、ダイリング１２、ベース１３および
パンチ１４などは、真空ベッセル１６内に収容されてい
る。真空ベッセル１６には、真空引き用のポンプ１７が
取り付けられている。前記パンチ１４は、真空ベッセル
１６の上部に設けた油圧シリンダー１８により駆動され
る。前記ダイ１１の内側にダイリング１２を設けたの
は、加圧後にビレットが抜けやすいようにするためであ
る。なお、ダイ１１の内径は直径３５０ｍｍ程度であ
る。また、実際にホットプレスを行う際には、摺動部位
に潤滑材を塗布または噴霧するようにする。潤滑材とし
ては、極めて優れた潤滑性能を有するＢＮ（ボロン・ナ
イトライド）を用いることができる。なお、上記では片
押し法を例示しているが、両押し法あるいはフローティ
ング法を用いることもできる。
【００４７】真空ホットプレスを行うには、まず、ダイ
１１内に潤滑材を塗布した後に予備成形体Ｐを挿入し、
その上からパンチ１４をセットする。つぎに、真空ベッ
セル１６内を所定圧力まで真空引きすると共に黒鉛ヒー
タ１５により室内を４００℃〜５００℃まで昇温する。
また、当該温度帯域は、３０分〜６０分維持するように
し、加圧は２００℃程度で開始するようにする。そし
て、予備成形体Ｐを加圧焼結後、真空ベッセル１６内か
らダイ１１ごと取り出して当該ダイ１１からビレットＢ
を取り出す。この際、ビレットＢを外側から押し出すこ
とになるが、ダイリング１２もビレットＢと共に多少押
し出されて、当該ビレットＢが容易に取り出せるように
作用する。取り出したビレットＢは、つぎの押出工程
（ステップＳ３０４）にて押し出され、引張矯正（ステ
ップＳ３０５）、切断工程（ステップＳ３０６）を経
て、最終品の角パイプ１となる。
【００４８】以上、この角パイプ１の製造方法によれ
ば、キャニングを省略すると共に真空ホットプレスを用
いてビレットＢを成形するようにしたので、缶代が節
約でき、缶除去のための切削工程（ステップＳ２０
５）が不要になると共に、それに付随する製造工程
（ステップＳ２０７）を省略することができる。このた
め、角パイプ１を効率的かつ低コストで製造することが
できるようになる。
【００４９】（実施の形態４）図５は、この発明の実施
の形態４にかかる角パイプの製造方法を示すフローチャ
ートである。この角パイプ１の製造方法は、同図に示す
ように、上記缶封入および真空加熱脱ガス（ステップＳ
２０３）、ＨＩＰ（ステップＳ２０４）、外削および端
面削（ステップＳ２０５）に代えて、放電プラズマ焼結
を用いた点に特徴がある（放電プラズマ焼結工程：ステ
ップＳ５０３）。放電プラズマ焼結は、過渡アーク放電
現象の火花放電エネルギーを利用して加圧下で焼結を行
うものである。その他の工程は、上記実施の形態１と略
同様であるからその説明を省略する（ステップＳ５０１
〜Ｓ５０２、Ｓ５０４〜Ｓ５０６）。
【００５０】図６は、この角パイプの製造方法に用いる
放電プラズマ焼結装置を示す構成図である。この放電プ
ラズマ焼結装置２０は、グラファイト製のダイ２１と、
上部電極および下部電極を兼ねた上下のパンチ２２、２
３と、上下のパンチ２２、２３にパルス電流を供給する
電源２４と、電源２４を制御する制御部２５と、ダイ２
１およびパンチ２２、２３を収容する真空ベッセル２９
と、真空ベッセル２９内の真空を引くポンプ２６と、パ
ンチ２２、２３を駆動する油圧シリンダー２７、２８と
から構成される。ＣＩＰによる予備成形体Ｐは、ダイ２
１およびパンチ２２、２３により形成した成形室に挿入
する。
【００５１】放電プラズマ焼結は、焼結エネルギーを制
御しやすいこと、取り扱いが容易であることなどの種々
の利点があるが、ハイスピードで焼結できる点がこの製
造方法において重要である。すなわち、上記ホットプレ
スでは、たとえば、焼結時間が約５時間かかるのに対
し、放電プラズマ焼結では約１時間で済む。このため、
高速焼結が可能である分、製造時間を短縮化することが
できる。
【００５２】上記放電プラズマ焼結の条件は、真空ベッ
セル２９内の真空度を１０-2Torrとし、約１０分で５０
０℃まで立ち上げる。そして、この温度領域を１０分〜
３０分維持し、５〜１０ｔｏｎで加圧する。上下のパン
チ２２、２３間にパルス電流を印加すると、予備成形体
Ｐ内で放電点が移動し、全体に分散する。火花放電の部
分では、局所的に高温状態（１０００℃〜１００００
℃）になって粒子間接触部が点から面に成長し、ネック
を形成して溶着状態となる。これにより、硬い酸化皮膜
を形成するアルミニウム系材料であっても、放電プラズ
マのスパッタ作用によってアルミニウム表面の酸化皮膜
を破壊するから、ビレットを容易に焼結することができ
る。
【００５３】以上、この角パイプ１の製造方法によれ
ば、ホットプレスを用いる場合に比べて焼結時間を短縮
化できる。また、放電作用によりアルミニウムの不動体
皮膜を破壊するから、焼結を容易に行うことができる。
キャニングを省略したことによる利点については、上記
実施の形態２の場合と同様である。なお、放電プラズマ
焼結の他、熱プラズマ焼結法を用いることもできる。熱
プラズマ焼結法は、超高温のプラズマ熱を用いて無加圧
焼結を行うものである。さらに、通常の放電焼結により
製造することもできる。
【００５４】（実施の形態５）つぎに、使用済み燃料集
合体を収容するラックは、上記角パイプ式に代えて平板
式にすることもできる。図７は、平板式のラックを示す
斜視図である。この平板式ラック６０では、まず、上記
実施の形態２〜４の製造方法により製作したビレットを
押出すことによって幅が３００ｍｍ〜３５０ｍｍ程度の
板状部材６１を成形する。続いて、それぞれの板状部材
６１に複数のスリット６２を連設する。そして、この板
状部材６１をスリット６２部分で縦横交互に係合させて
格子状断面を形成する。なお、この平板式ラック６０の
場合、上記角パイプ式に比べて板厚が小さくなるので、
Ａｌに分散させるＢの量を多めにしておく。この平板式
ラックは、キャスクや使用済み燃料プールのラックなど
に用いることができる。
【００５５】（実施の形態６）上記実施の形態２〜４で
は、角パイプ１にボロンを分散させることにより中性子
吸収能を与え、使用済み燃料集合体が臨界になるのを防
止するようにしている。この実施の形態６では、角パイ
プ１によらず、使用済み燃料集合体からの中性子を吸収
する丸棒材を成形する。丸棒材７０は、図８に示す使用
済み燃料集合体７１の制御棒クラスタ案内管７２（また
は計測管）内に挿入する。この丸棒材７０を挿入するこ
とにより所定の中性子吸収能が確保できるから、角パイ
プ１に多量のボロンを分散させる必要がなくなる。な
お、この丸棒材７０の製造には、最終の押出工程におけ
るダイスの形状が異なるだけであるから、上記実施の形
態２〜４の製造方法を用いることができる。
【００５６】（実施の形態７）つぎに、上記角パイプ１
の具体的な使用例について説明する。図９は、キャスク
を示す斜視図である。図１０は、図９に示したキャスク
の軸方向断面図である。図１１は、図９に示したキャス
クの径方向断面図である。このキャスク１００は、胴本
体１０１のキャビティ１０２内面をバスケット１３０の
外周形状に合わせて機械加工したものである。
【００５７】胴本体１０１および底板１０４は、γ線遮
蔽機能を有する炭素鋼製の鍛造品である。なお、炭素鋼
の代わりにステンレス鋼を用いることもできる。前記胴
本体１０１と底板１０４は、溶接により結合する。ま
た、耐圧容器としての密閉性能を確保するため、一次蓋
１１０と胴本体１０１との間には金属ガスケットを設け
ておく。
【００５８】胴本体１０１と外筒１０５との間には、水
素を多く含有する高分子材料であって中性子遮蔽機能を
有するレジン１０６が充填されている。また、胴本体１
０１と外筒１０５との間には熱伝導を行う複数の銅製内
部フィン１０７が溶接されており、前記レジン１０６
は、この内部フィン１０７によって形成される空間に流
動状態で注入され、冷却固化される。なお、内部フィン
１０７は、放熱を均一に行うため、熱量の多い部分に高
い密度で設けるようにするのが好ましい。また、レジン
１０６と外筒１０５との間には、数ｍｍの熱膨張しろ１
０８が設けられる。
【００５９】蓋部１０９は、一次蓋１１０と二次蓋１１
１により構成される。この一次蓋１１０は、γ線を遮蔽
するステンレス鋼または炭素鋼からなる円盤形状であ
る。また、二次蓋１１１もステンレス鋼製または炭素鋼
製の円盤形状であるが、その上面には中性子遮蔽体とし
てレジン１１２が封入されている。一次蓋１１０および
二次蓋１１１は、ステンレス製または炭素鋼製のボルト
１１３によって胴本体１０１に取り付けられている。さ
らに、一次蓋１１０および二次蓋１１１と胴本体１０１
との間にはそれぞれ金属ガスケットが設けられ、内部の
密封性を保持している。また、蓋部１０９の周囲には、
レジン１１４を封入した補助遮蔽体１１５が設けられて
いる。
【００６０】キャスク本体１１６の両側には、キャスク
１００を吊り下げるためのトラニオン１１７が設けられ
ている。なお、図９では、補助遮蔽体１１５を設けたも
のを示したが、キャスク１００の搬送時には補助遮蔽材
１１５を取り外して緩衝体１１８を取り付ける（図１０
参照）。緩衝体１１８は、ステンレス鋼材により作成し
た外筒１２０内にレッドウッド材などの緩衝材１１９を
組み込んだ構造である。
【００６１】バスケット１３０は、使用済み核燃料集合
体を収容するセル１３１を構成する６９本の角パイプ１
からなる。当該角パイプ１には、上記実施の形態１〜５
にかかる製造方法により製造したものを用いる。図１２
は、上記角パイプの挿入方法を示す斜視図である。上記
工程により製造した角パイプ１は、キャビティ１０２内
の加工形状に沿って順次挿入される。
【００６２】また、図１２および図１０に示すように、
キャビティ１０２のうちセル数が５個または７個となる
角パイプ列の両側には、それぞれダミーパイプ１３３が
挿入されている。このダミーパイプ１３３は、胴本体１
０１の重量を軽減すると共に胴本体１０１の厚みを均一
化すること、角パイプ１を確実に固定することを目的と
する。このダミーパイプ１３３にもボロン入りアルミニ
ウム合金を用い、上記同様の工程により製作する。な
お、このダミーパイプ１３３は省略することもできる。
【００６３】キャスク１００に収容する使用済み核燃料
集合体は、核分裂性物質および核分裂生成物などを含
み、放射線を発生すると共に崩壊熱を伴うため、キャス
ク１００の除熱機能、遮蔽機能および臨界防止機能を貯
蔵期間中（６０年程度）、確実に維持する必要がある。
この実施の形態１にかかるキャスク１００では、胴本体
１０１のキャビティ１０２内を機械加工して角パイプ１
で構成したバスケット１３０の外側を略密着状態（大き
な隙間なし）で挿入するようにしており、さらに、胴本
体１０１と外筒１０５との間に内部フィン１０７を設け
ている。このため、燃料棒からの熱は、角パイプ１或い
は充填したヘリウムガスを通じて胴本体１０１に伝導
し、主に内部フィン１０７を通じて外筒１０５から放出
されることになる。
【００６４】また、使用済み核燃料集合体から発生する
γ線は、炭素鋼あるいはステンレス鋼からなる胴本体１
０１、外筒１０５、蓋部１０９などにおいて遮蔽され
る。また、中性子はレジン１０６によって遮蔽され、放
射線業務従事者に対する被ばく上の影響をなくすように
している。具体的には、表面線当量率が２ｍＳｖ／ｈ以
下、表面から１ｍの線量当量率が１００μＳｖ／ｈ以下
になるような遮蔽機能が得られるように設計する。さら
に、セル１３１を構成する角パイプ１には、ボロン入り
のアルミニウム合金を用いているので、中性子を吸収し
て臨界に達するのを防止することができる。
【００６５】さらに、このキャスク１００によれば、胴
本体１０１のキャビティ１０２内を機械加工しバスケッ
ト１３０の外周を構成する角パイプ１を略密着状態で挿
入するようにしたので、角パイプとキャビティとの対面
する面積が広くなり、角パイプ１からの熱伝導を良好に
できる。また、キャビティ１０２内の空間領域をなくす
ことができるから、角パイプ１の収容数が同じであれ
ば、胴本体１０１をコンパクトかつ軽量にすることがで
きる。逆に、胴本体１０１の外径を変えない場合、それ
だけセル数を確保できるから、使用済み核燃料集合体の
収納数を増加することができる。具体的に当該キャスク
１００では、使用済み核燃料集合体の収容数を６９体に
でき、かつキャスク本体１１６の外径を２５６０ｍｍ、
重量を１２０ｔｏｎに抑えることができる。
【００６６】（実施の形態８）続いて、上記角パイプの
他の使用例について説明する。図１３は、ＰＷＲ用の使
用済み燃料プールを示す斜視図である。この使用済み燃
料プール２００は、上記実施の形態２〜４により製造し
た角パイプ１を複数立設し、その上下部分をサポート板
２０１により支持したラック２０２を備えている。ラッ
ク２０２は、鉄筋コンクリート製のピット２０３内に設
置されており、当該ピット２０３内面は、ピット水の漏
洩防止のためにステンレス鋼鈑のライニング２０４によ
り内張りされている。また、このピット２０３内は、常
時、ホウ酸水により満たされている。この使用済み燃料
プール２００は、上記角パイプ１を用いて構成している
ので、中性子吸収能が高く、かつその構造の健全性を確
保できる。このため、使用済み燃料集合体が臨界に達す
るのを有効に防止することができる。
【００６７】
【実施例】上記実施の形態１にかかるアルミニウム複合
材料の製造にあたっては、Ａｌ粉末としてＪＩＳＡ６Ｎ
０１ものを用い、その平均粒径を７０μｍとした。Ｂ化
合物には、平均粒径が９μｍのＢ4Ｃ粉末を用いた。ま
た、このＢ4Ｃ粉末の添加量は、５重量％とした。この
Ｂ4Ｃ粒子は、Ａｌ合金中に微細に分散することで転位
のすべりの障壁となり、強度を向上させる。つぎに、第
三粒子の原料粉末には、Ａｌ2Ｏ3、ＢＮ、ＳｉＣ、Ｚｒ
Ｂ2を用い、その平均粒径および添加量は、つぎのよう
に設定した。
【００６８】
【表１】
【００６９】また、ＭＡは、つぎのような条件で行っ
た。なお、図１４は、下記条件でＭＡ処理したときの、
Ａｌ合金を示す模式図である。同図において、符号１４
１はＡｌ、符号１４２はＢ4Ｃ粒子、符号１４３は第三
粒子を示す。
【００７０】
【表２】
【００７１】このようにして作成したＡｌ合金粉末を１
０％塩酸で溶解後、未溶解のＢ4Ｃ粒子と第三粒子とを
濾過、乾燥して電子顕微鏡で観察し平均粒径を求めた。
この結果を以下の表に示す。
【００７２】
【表３】
【００７３】つぎに、上記ＭＡにより製造したＡｌ合金
粉末を用いて引張強さ及び破断伸びを測定した。まず、
グラファイト型にＭＡ粉末を入れ、真空引きした状態で
温度５００℃で加圧焼結し、直径４０ｍｍ、高さ４０ｍ
ｍの成形体を作成した。続いて、押し出し比を２５と
し、直径４０ｍｍを直径８ｍｍにまで小さくし、これを
棒状の試験片とした。その後、この試験片を２００℃で
１００時間保持し、冷却後、試験片を試験に適する形状
に加工した。引張試験は、２００℃の温度条件で行っ
た。その結果をつぎの表に示す。なお、試験片３、４、
６、１０は比較用の試験片として製作した。
【００７４】
【表４】
【００７５】実験の結果、第三粒子を添加した各試験片
１、２、５、７、８、９とも、引張強さについて３００
ＭＰａ以上の高強度を得ることができた。また、破断伸
びについても４％以上の好ましい結果を得ることができ
た。これに対して、比較例とした試験片３では、ＭＡ後
の第三粒子の平均粒径が１３μｍであって、この場合に
は十分な引張強さを得ることができないばかりか、第三
粒子を添加しない試験片１０のそれよりも低い値を示す
結果となった。また、試験片３の破断伸びについても２
％程度であり、十分なものが得られなかった。試験片４
については、第三粒子の添加量を０．０５重量％とした
が、第三粒子を添加しない試験片１０と比べても引張強
さおよび破断伸びとも大きな変化はなかった。試験片６
については、第三粒子の添加量が３５重量％であるた
め、十分な引張強さを得たにもかかわらず、破断伸びが
１％と低い値になってしまった。
【００７６】以上から、第三粒子については、Ｂ4Ｃ粒
子によるすべり抑制効果を促進する効果があると考えら
れ、その添加量を０．１重量％以上３０重量％以下の範
囲とし、Ａｌマトリックス中における第三粒子の平均粒
径を０．０１μｍ以上１０μｍ以下にすることで、強度
および破断伸びを向上できるということが判った。ま
た、酸化物（試験片１、２、５）に代えて、炭化物（試
験片７）、窒化物（試験片８）、硼化物（試験片９）を
第三粒子として用いた場合であっても、強度および破断
伸びを向上できることが判った。
【００７７】
【発明の効果】以上説明したように、この発明にかかる
アルミニウム複合粉末（請求項１）では、メカニカルア
ロイングを用い、アルミニウムマトリックスに対して、
中性子吸収材と第三粒子を分散させたから、材料の強度
をより大きくすることができる。特に、分散した第三粒
子の添加量を０．１重量％以上３０重量％以下とするこ
とで好適な結果を得ることができる（請求項２）。ま
た、アルミニウムマトリックス中における第三粒子の平
均粒径が０．０１μｍ以上１０μｍ以下となるように前
記第三粒子を添加することで、さらに好適な結果を得る
ことができる（請求項３）。
【００７８】続いて、上記アルミニウム複合粉末におい
ては、その中性子吸収材の添加量を１重量％以上２０重
量％以下とするのが好ましく（請求項４）、さらに、前
記添加する粉末状の中性子吸収材の平均粒径を０．０１
μｍ以上１００μｍ以下とするのが好ましい（請求項
５）。このようにすれば、必要な靭性を得ることができ
ると共に強度の低下を防止することができる。
【００７９】また、この発明にかかるアルミニウム複合
粉末の製造方法（請求項６）では、Ａｌ粉末に中性子吸
収材を添加し、さらにこれに加えて酸化物などの第三粒
子を添加し、これらの粉末をメカニカルアロイングする
ことによってＡｌマトリックス中に中性子吸収材および
第三粒子を均一分散したので、非常に大きな強度を得る
ことができる。
【００８０】また、この発明にかかるアルミニウム複合
粉末の製造方法（請求項７）では、酸化皮膜をアルミニ
ウム粉末の表面に形成しておき、メカニカルアロイング
することにより、この酸化皮膜を剥離・粉砕してアルミ
ニウムマトリックス中に分散させる。このようにすれ
ば、第三粒子を製造する手間が省けると共に第三粒子の
添加工程を省略でき、アルミニウム複合粉末の製造を容
易に行うことができる。
【００８１】また、この発明にかかるアルミニウム複合
材料（請求項８）では、焼結体のアルミニウムマトリッ
クス中に、中性子吸収材と、酸化物、窒化物、炭化物ま
たは硼化物からなる第三粒子とを含有させたので、高強
度の複合材料を得ることができる。特に、第三粒子の含
有量が０．１重量％以上３０重量％以下になるようにす
ることで好適な結果を得ることができ（請求項９）、そ
の平均粒径が０．０１μｍ以上１０μｍ以下となるよう
にすれば、さらに好適な結果を得ることができる（請求
項１０）。
【００８２】続いて、上記アルミニウム複合材料におい
ては、その中性子吸収材の含有量を１重量％以上２０重
量％以下とすること（請求項１１）、添加する粉末状の
中性子吸収材の平均粒径を０．０１μｍ以上１００μｍ
以下とすること（請求項１２）により、必要な靭性を得
ることができると共に強度の低下を防止することができ
る。
【００８３】また、この発明にかかる使用済み燃料貯蔵
部材の製造方法（請求項１３）では、アルミニウム粉
末、中性子吸収材粉末および第三粒子を混合し、この混
合粉末を予備成形体とし、当該予備成形体をキャニング
してから焼結するようにした。このため、高品質かつ高
強度の使用済み燃料貯蔵部材を製造することができる。
また、前記焼結をホットプレスまたはＨＩＰにより行う
ことで、さらに高品質かつ高強度の使用済み燃料貯蔵部
材を製造することができる（請求項１４）。
【００８４】また、この発明にかかる使用済み燃料貯蔵
部材の製造方法（請求項１５）では、キャニングを省略
して常圧焼結または真空焼結するようにしたので、外削
などの機械加工が不要になり、その分、製造工程を簡略
化できる。この結果、使用済み燃料貯蔵部材を極めて安
価に製造することができる。また、前記焼結を真空ホッ
トプレスにより行うことにより、安価で高品質の使用済
み燃料貯蔵部材を製造することができる（請求項１
６）。
【００８５】また、この発明にかかる使用済み燃料貯蔵
部材の製造方法（請求項１７）では、予備成形体を放電
焼結するようにしたので、短時間で焼結が完了する。こ
のため、製造効率を向上することができる。また、放電
焼結として放電プラズマ焼結を用いることにより、焼結
性が良くなり、高品質のビレットを低コストで得ること
ができる（請求項１８）。
【００８６】また、この発明にかかる使用済み燃料貯蔵
部材の製造方法（請求項１９および２０）では、上記方
法により製造したビレットを押し出すことで、使用済み
燃料貯蔵部材である角パイプや棒体を容易に製造するこ
とが可能になる。
【００８７】また、この発明にかかる使用済み燃料貯蔵
部材の製造方法（請求項２１）では、メカニカルアロイ
ングを用い、アルミニウム粉末に対して粉砕した中性子
吸収材および第三粒子をすり込むように分散させるよう
にした。このため、焼結時の凝集を防止できるので、こ
れを用いて製造した使用済み燃料貯蔵部材の成分は均質
になり、機械的強度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】使用済み燃料貯蔵部材である角パイプを示す断
面図である。
【図２】図１に示した角パイプの製造方法を示すフロー
チャートである。
【図３】この発明の実施の形態３にかかる角パイプの製
造方法を示すフローチャートである。
【図４】この角パイプの製造方法に用いる真空ホットプ
レス装置を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態４にかかる角パイプの製
造方法を示すフローチャートである。
【図６】この角パイプの製造方法に用いる放電プラズマ
焼結装置を示す構成図である。
【図７】平板式のラックを示す斜視図である。
【図８】丸棒材を使用済み燃料集合体の制御棒クラスタ
案内管内へ挿入する状態を示す説明図である。
【図９】キャスクを示す斜視図である。
【図１０】図９に示したキャスクの軸方向断面図であ
る。
【図１１】図９に示したキャスクの径方向断面図であ
る。
【図１２】上記角パイプの挿入方法を示す斜視図であ
る。
【図１３】ＰＷＲ用の使用済み燃料プールを示す斜視図
である。
【図１４】所定条件でＭＡ処理したときのＡｌ合金を示
す模式図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｇ２１Ｃ 19/06 Ｇ２１Ｆ 1/08 19/40 9/36 ５０１Ａ Ｇ２１Ｆ 1/08 5/00 Ｊ 5/008 Ｆ 9/36 ５０１ Ｇ２１Ｃ 19/06 Ｕ (56)参考文献 特開 平８−260075（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−82732（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−208446（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−235523（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−96242（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G21F 5/012 C22C 1/00 - 1/10 G21C 19/06 G21C 19/40 G21F 1/08 G21F 5/008 G21F 9/36

Claims (21)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 メカニカルアロイングを用い、アルミニ
    ウムマトリックスに対して、前記メカニカルアロイング
    により粉砕した中性子吸収材と、酸化物、窒化物、炭化
    物または硼化物からなる第三粒子とを分散させたことを
    特徴とするアルミニウム複合粉末。
  2. 【請求項２】 前記第三粒子の添加量を、０．１重量％
    以上３０重量％以下としたことを特徴とする請求項１に
    記載のアルミニウム複合粉末。
  3. 【請求項３】 前記アルミニウムマトリックス中におけ
    る第三粒子の平均粒径を、０．０１μｍ以上１０μｍ以
    下としたことを特徴とする請求項１または２に記載のア
    ルミニウム複合粉末。
  4. 【請求項４】 前記中性子吸収材の添加量を、１重量％
    以上２０重量％以下としたことを特徴とする請求項１〜
    ３のいずれか一つに記載のアルミニウム複合粉末。
  5. 【請求項５】 前記添加する粉末状の中性子吸収材の平
    均粒径を、０．０１μｍ以上１００μｍ以下としたこと
    を特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のアル
    ミニウム複合粉末。
  6. 【請求項６】 マトリックス材としてのアルミニウム粉
    末と、中性子吸収材と、酸化物、窒化物、炭化物または
    硼化物からなる第三粒子とを混合する工程と、 当該混合粉末をメカニカルアロイングすることで、アル
    ミニウムマトリックス中に粉砕した前記中性子吸収材お
    よび前記第三粒子を分散させる工程と、 を含むことを特徴とするアルミニウム複合粉末の製造方
    法。
  7. 【請求項７】 前記アルミニウム粉末の表面に予め酸化
    皮膜を形成する工程と、 メカニカルアロイングすることで前記アルミニウム粉末
    の表面に形成した酸化皮膜を前記酸化物として複合粉末
    に混入させる工程と、 を含むことを特徴とする請求項６に記載のアルミニウム
    複合粉末の製造方法。
  8. 【請求項８】 アルミニウムマトリックス中に、中性子
    吸収材と、酸化物、窒化物、炭化物または硼化物からな
    る第三粒子とを含有させたことを特徴とするアルミニウ
    ム複合材料。
  9. 【請求項９】 前記第三粒子の含有量を、０．１重量％
    以上３０重量％以下としたことを特徴とする請求項８に
    記載のアルミニウム複合材料。
  10. 【請求項１０】 前記アルミニウムマトリックス中にお
    ける第三粒子の平均粒径を、０．０１μｍ以上１０μｍ
    以下としたことを特徴とする請求項８または９に記載の
    アルミニウム複合材料。
  11. 【請求項１１】 前記中性子吸収材の含有量を、１重量
    ％以上２０重量％以下としたことを特徴とする請求項８
    〜１０のいずれか一つに記載のアルミニウム複合材料。
  12. 【請求項１２】 前記添加する粉末状の中性子吸収材の
    平均粒径を、０．０１μｍ以上１００μｍ以下としたこ
    とを特徴とする請求項８〜１１のいずれか一つに記載の
    アルミニウム複合材料。
  13. 【請求項１３】 使用済み燃料の貯蔵に用いる部材を製
    造する使用済み燃料貯蔵部材の製造方法において、 アルミニウム粉末、中性子吸収材粉末、および酸化物、
    窒化物、炭化物または硼化物を含む第三粒子を混合する
    工程と、 前記混合粉末を予備成形する工程と、 前記予備成形体をキャニングする工程と、 キャニングした予備成形体を焼結する工程と、 を含むことを特徴とする使用済み燃料貯蔵部材の製造方
    法。
  14. 【請求項１４】 さらに、上記焼結を、ホットプレスま
    たは熱間静水圧成形法により行うことを特徴とする請求
    項１３に記載の使用済み燃料貯蔵部材の製造方法。
  15. 【請求項１５】 使用済み燃料の貯蔵に用いる部材を製
    造する使用済み燃料貯蔵部材の製造方法において、 アルミニウム粉末、中性子吸収材粉末、および酸化物、
    窒化物、炭化物または硼化物からなる第三粒子を混合す
    る工程と、 前記混合粉末を常圧焼結または真空焼結する工程と、 を含むことを特徴とする使用済み燃料貯蔵部材の製造方
    法。
  16. 【請求項１６】 さらに、上記焼結を、真空ホットプレ
    スにより行うことを特徴とする請求項１５に記載の使用
    済み燃料貯蔵部材の製造方法。
  17. 【請求項１７】 使用済み燃料の貯蔵に用いる部材を製
    造する使用済み燃料貯蔵部材の製造方法において、 アルミニウム粉末と中性子吸収材粉末とを混合する工程
    と、 冷間静水圧成形法により予備成形体を成形する工程と、 予備成形体を放電焼結する工程と、 を含むことを特徴とする使用済み燃料貯蔵部材の製造方
    法。
  18. 【請求項１８】 前記放電焼結を、放電プラズマ焼結に
    より行うことを特徴とする請求項１７に記載の使用済み
    燃料貯蔵部材の製造方法。
  19. 【請求項１９】 さらに、押出成形により角パイプまた
    は角パイプを構成する板材を成形する工程を含むことを
    特徴とする請求項１４〜１８のいずれか一つに記載の使
    用済み燃料貯蔵部材の製造方法。
  20. 【請求項２０】 さらに、押出成形により使用済み燃料
    の案内管に挿入する棒体を成形する工程を含むことを特
    徴とする請求項１４〜１８のいずれか一つに記載の使用
    済み燃料貯蔵部材の製造方法。
  21. 【請求項２１】 さらに、上記混合に、メカニカルアロ
    イングを用いることを特徴とする請求項１４〜２０のい
    ずれか一つに記載の使用済み燃料貯蔵部材の製造方法。
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