JP4358089B2 - 高温ガス炉用成型燃料のマーキング方法 - Google Patents

Description

本発明は、高温ガス炉用燃料コンパクトや燃料ペブルベッドの如き成型燃料にマーキングを施す方法に関し、更に詳細に述べると、例えば、成型燃料の１個単位のウラン燃料を識別するために成型燃料にマーキング表示を施す方法の改良に関するものである。

原子力発電には、特に黒鉛（Ｃ）を減速材としてヘリウムガスを循環させて約９００℃の高温の熱を取り出すことができる高温ガス炉と称されるものが用いられている。この高温ガス炉は、燃料を含む炉心構造を熱容量が大きく高温で健全性を維持する黒鉛で構成し、炉心を冷却するために、高温下でも化学反応が起こることがないヘリウムガスを冷却ガスとして用いているので、固有の安全性が高く、この高い出口温度のヘリウムガスを回収して、この高温の熱を発電、水素製造、化学プラント等の広い分野で利用することができる。

この高温ガス炉の燃料は、二酸化ウランをセラミックス状に焼結した直径が約３５０−６５０ミクロンの燃料核の周囲に４層の被覆を施して形成されている。第一層は、密度が約１ｇ／ｃｍ^３の低密度熱分解炭素の被覆であり、これは、ガス状の核分裂生成物（ＦＰ）のガス溜めとしての機能と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とを併せ持っている。第二層は、密度が約１．８ｇ／ｃｍ^３の高密度熱分解炭素の被覆であり、これは、ガス状ＦＰの保持機能を有する。第三層は、密度が約３．２ｇ／ｃｍ^３の炭化珪素（ＳｉＣ）の被覆であり、これは、固体ＦＰの保持機能を有すると共に、被覆の主要な補強部材としての機能を有する。最後に、第四層は、第二層と同様に、密度が約１．８ｇ／ｃｍ^３の高密度熱分解炭素の被覆であり、これは、ガス状ＦＰの保持機能と第三層の保護層としての機能を有する。

一般的な被覆燃料粒子は、約５００−１０００ミクロンの直径を有する。この被覆燃料粒子は、黒鉛マトリックス中に分散させた後、一定形状の燃料コンパクトの形態に成型加工され、この燃料コンパクトの一定数量を黒鉛筒に入れ、上下を栓で密封して燃料棒とされる。この燃料棒は、六角柱型黒鉛ブロックの複数の挿入口に差し込まれて高温ガス炉の燃料となる。多数個の六角柱型黒鉛ブロックをハニカム配列に多段に重ねて炉心を構成している。

高温ガス炉の燃料は、一般的には、次のようにして製造される。まず、酸化ウラン粉末を硝酸に溶かして硝酸ウラニル原液とし、この硝酸ウラニル原液に純水、増粘剤を添加し攪拌して滴下原液を作る。増粘剤は、滴下された硝酸ウラニル原液の滴液が落下中にそれ自体の表面張力で真球状になるように作用する。このような増粘剤としては、アルカリ条件下で凝固する性質を有する樹脂、例えば、ポリビニールアルコール樹脂、ポリエチレングリコール、メトローズ等を使用することができる。このように調製された滴下原液は、所定の温度に冷却されて粘度が調整された後、細径の滴下ノズルを振動させる等の方法を用いてアンモニア水中に滴下される。

滴液は、アンモニア水溶液表面に着水するまでの空間でアンモニアガスを吹き付けて表面をゲル化させることによって着水時の変形が防止される。硝酸ウラニルは、アンモニア水中でアンモニアと充分に反応させ、重ウラン酸アンモニウムの粒子となる。この粒子は、大気中で焙焼され三酸化ウラン粒子となり、更に還元焼結されて高密度のセラミック二酸化ウランの燃料核となる。

この燃料核は、流動床に装荷され、この流動床内で反応ガス（被覆ガス）が供給されて熱分解されて被覆が施される。第一層の低密度熱分解炭素は、約１４００℃でアセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）を熱分解して被覆される。第二層及び第四層の高密度熱分解炭素は、約１４００℃でプロピレン（Ｃ_３Ｈ_６）を熱分解して被覆される。第三層のＳｉＣは、約１６００℃でメチルトリクロロシラン（ＣＨ_３ＳｉＣｌ_３）を熱分解して被覆される。

一般的なオーバーコート粒子は、被覆燃料粒子に黒鉛粉末と粘結剤とから成る黒鉛マトリックス材と共に、中空円筒形又は円筒形にプレス成型又はモールドして形成される。この燃料コンパクトは、マトリックス材中に含まれる粘結剤を除去したり、マトリックス材を黒鉛化したりするために、焼成される。

一方、この燃料コンパクトには１個単位でウラン燃料を識別するために、この識別表示を有するマーキングを施すことが必要となる。

従来から軽水炉用燃料ペレットのウラン濃縮度を識別するために、プレス金型の表面に刻印用の凹凸面を形成して燃料ペレットに刻印してマーキングを施す方法が試みられている（特許文献１参照）。

しかし、軽水炉用燃料ペレットは、ウラン濃縮度を識別するのみであるので、問題を生ずることがないが、高温ガス炉用の燃料コンパクトや燃料ペブルベッドは、１個単位でウラン燃料を識別するため、その都度異なる刻印を有する金型と交換する必要があって金型の交換頻度が高まる上に、金型のコストが高くなり、金型表面の凹凸を利用して高温ガス炉用成型燃料にウラン燃料を識別するマーキング表示を施すことは実用的でない。

特願平１０−０９０４５８号公報

本発明が解決しようとする課題は、金型の交換を必要とすることなく、成型燃料にウラン燃料を識別するためのマーキング表示を経済的に施すことができる高温ガス炉用成型燃料のマーキング方法を提供することにある。

本発明の課題解決手段は、高温ガス炉用の成型燃料の表面にインクジェット方式の印刷によってマーキング表示を施し、このマーキング表示は、マーキング表示が熱接触するように成型燃料が配置された熱処理トレイ上で熱処理されることを特徴とする高温ガス炉用成型燃料のマーキング方法を提供することにある。

本発明の課題解決手段において、マーキング表示を熱処理する熱処理トレイは、黒鉛製であるのが好ましい。

本発明によれば、マーキング表示は、金型を用いることなく、インクジェットによる印刷によって施されるので、１個単位でウラン燃料を識別するのに金型を変更することなく、マーキング表示を施すことができ、従って成型燃料を経済的に識別することができ、またインクは、印刷後、熱処理トレイ上で熱接触させて熱処理して乾燥固化されるので、マーキング表示が消失することがなく、燃料の識別を鮮明に行うことができる。

本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に述べると、図１は、本発明に係る高温ガス炉用燃料コンパクトのマーキング方法を工程順に示し、燃料コンパクト１０は、既に述べたように、被覆燃料粒子と黒鉛マトリックス材とをプレス金型内に投入して温間プレスして製造される。

このようにして燃料コンパクト１０をプレス成型し、冷却した後、プレス金型から燃料コンパクト１０を取り出し、インクジェット式印刷機１２の如き無接触式印刷機を用いて燃料コンパクト１０の端面にインクを用いてマーキング表示１４を印刷する。

次いで、この燃料コンパクト１０を熱処理トレイ１６上に配置してマーキング表示１４を熱処理するが、この熱処理は、マーキング表示１４を熱処置トレイ１６に熱接触させて行われる。即ち、マーキング表示１４が熱処理トレイ１６の加熱されている底面１６Ｂに接触させた状態で熱処理される。

熱処理トレイ１６は、黒鉛製であるのが好ましい。この熱処理によって、マーキング表示１４のインクは、急速に乾燥し脱脂される。その後、熱処理トレイ１６に乗せたまま、燃料コンパクト１０を真空中で焼成してインクを黒鉛化する。

本発明のマーキング方法に用いられるインクは、燃料コンパクトとして用いられるのに不都合な成分を含まないものであることが要求され、特に、ホウ素の如き中性子を吸収する成分を含まないインクを選択して使用することが要求される。

上記実施の形態では、燃料コンパクトにマーキングを施す場合について説明したが、ペブルベッド型の燃料にも本発明を同様にして適用することができる。

本発明の具体例において、プレス金型によって成型された燃料コンパクト１０は、外径が約２６ｍｍ、高さが約３９ｍｍであり、この燃料コンパクトの一方の端面に５文字をインクジェット方式で印刷し、印刷後、黒鉛トレイを用いて約８００℃でインクを乾燥脱脂後、真空中で約１８００℃の雰囲気に配置してインクを焼成処理した。このようにして燃料コンパクト１０に施されたマーキング表示１４は、黒く鮮明に認識することができた。

本発明によれば、マーキング表示インクジェット方式の印刷によって施されるので、金型を交換することなく、１個単位でウラン燃料を認識する場合のように、多数の表示を経済的に施すことができ、産業上の利用性が向上する。

本発明に係る高温ガス炉用成型燃料（燃料コンパクト）のマーキング方法を工程順に示す概略図である。

符号の説明

１０ 燃料コンパクト
１２ インクジェットッ式印刷機
１４ マーキング表示
１６ 熱処理トレイ
１６Ｂ 底面

Claims (2)

1. 高温ガス炉用成型燃料の表面にインクジェット方式の印刷によってマーキング表示を施し、前記マーキング表示は、前記マ-キング表示が熱接触するように前記成型燃料が配置された熱処理トレイ上で熱処理されることを特徴とする高温ガス炉用成型燃料のマーキング方法。
2. 請求項１に記載の高温ガス炉用成型燃料のマーキング方法であって、前記熱処理トレイは、黒鉛製であることを特徴とする高温ガス炉用成型燃料のマーキング方法。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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