JP7455981B2 - 核燃料アセンブリおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
（政府支援）
本発明は、エネルギー省により与えられた政府契約番号ＮＥ－０００８８２４に基づく政府支援によりなされた。米国政府は、本発明に一定の権利を有する。
本発明は、エネルギー省により与えられた政府契約番号ＮＥ－０００８８２４に基づく政府支援によりなされた。米国政府は、本発明に一定の権利を有する。
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０２０年１月９日に出願された米国仮特許出願第６２／９５８，９６４号の優先権を主張する。その内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２０年１月９日に出願された米国仮特許出願第６２／９５８，９６４号の優先権を主張する。その内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
例えば、二酸化ウランのような核燃料は、核燃料ペレットに製造することができる。加圧水型原子炉で使用するため、核燃料ペレットは燃料ロッドに装填される。核燃料ペレットの製造、核燃料ペレットの燃料ロッドへの装填、加圧水型原子炉での燃料ロッドの運転には課題がある。
本開示は、核燃料アセンブリの製造方法を提供する。方法は、少なくとも２つの核燃料層の少なくとも一部の上に熱伝導層を堆積して、少なくとも２つの少なくとも部分的なコーティング層を生成することを備える。方法は、少なくとも２つのコーティング層を積層し、少なくとも２つのコーティング層を結合して核燃料アセンブリを形成することを備える。
本開示はまた、一緒に結合された少なくとも２つの少なくとも部分的なコーティング層の積層体を備える核燃料アセンブリを提供する。コーティング層のそれぞれは、核燃料層と、核燃料層の少なくとも一部に配置される熱伝導層と、を備える。
本明細書に記載された発明は、この発明の概要に要約された実施例に限定されないことが理解される。様々な他の態様が、本明細書で説明され、例示される。
実施例の特徴および利点、ならびにそれらを達成する方法は、添付の図面と併せて以下の実施例の説明を参照することによって、より明らかになり、実施例はより良く理解されるであろう。
対応する参照符号は、複数の図にわたって対応する部分を示す。本明細書に記載される例示は、ある実施例を１つの形態で例示するものであり、そのような例示は、いかなる様式においても実施例の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
ここで、本明細書に開示される組成物および組成物の機能、製造、使用および方法の原理の全体的な理解を提供するために、本開示の特定の例示的な態様を説明する。これらの態様の１つまたは複数の例が、添付の図面に示されている。当業者は、本明細書に具体的に記載され、添付の図面に例示される組成物、物品、および方法が、非限定的で例示的な態様であり、本発明の様々な実施例の範囲が、特許請求の範囲によってのみ定義されることを理解するであろう。１つの例示的な態様に関連して図示または説明された特徴は、他の態様の特徴と組み合わせることができる。このような改変および変形は、本発明の範囲内に含まれることが意図される。
本明細書全体を通して、「様々な例」、「いくつかの例」、「一例」、「例」などへの言及は、実施例に関連して説明された特定の特徴、構造、または特性が例に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体の場所における「様々な例において」、「いくつかの例において」、「一例において」、「例において」などの語句の出現は、必ずしもすべてが同じ例を参照しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１つまたは複数の例において任意の適切な方法で組み合わせることができる。したがって、１つの実施例に関連して図示または説明された特定の特徴、構造、または特性は、別の実施例または他の実施例の特徴、構造、または特性と、限定することなく、全体的にまたは部分的に組み合わせることができる。このような改変および変形は、本実施例の範囲内に含まれることが意図される。
本明細書で用いられているように、特にコーティング層またはコーティングフィルムに関連して、「上」、「上に」、「より上に」という用語、およびその変形例（例えば、「上に塗布される」、「上に形成される」、「上に堆積される」、「上に提供される」、「上に位置する」など）は、基板の表面上に塗布され、形成され、堆積され、提供され、または位置するが、必ずしも基板の表面に接するわけではない。例えば、基板の「上に塗布された」コーティング層は、塗布されたコーティング層と基板との間に位置する同じまたは異なる組成の別のコーティング層または他のコーティング層の存在を排除しない。同様に、第１のコーティング層の「上に塗布された」第２のコーティング層は、塗布された第２のコーティング層と塗布された第１のコーティング層との間に位置する同じまたは異なる組成の別のコーティング層または他のコーティング層の存在を排除しない。
本明細書で使用されるように、「中間」は、参照される要素が２つの要素の間に配置されるが、必ずしもそれらの要素と接触していないことを意味する。したがって、本明細書で特に明記されない限り、第１の要素および第２の要素の「中間」にある要素は、第１の要素および／または第２の要素に隣接していてもいなくても、または接触してもしていなくてもよく、中間要素と第１の要素および／または第２の要素との間に他の要素が配置されてもよい。
例えば二酸化ウランのような核燃料は、非常に低い熱伝導率を有し得、通常運転と設計基準事故にとって問題となり得る。核燃料の温度を下げるために、モリブデンインサートを利用することが提唱されている。例えば、２００８年４月のＯＥＣＤハルデン原子炉プロジェクト報告Ｆ６．５ ＨＷＲ－８３７のPavel G. MedvedevとRobert D. Marianiによる「Conductive Inserts to reduce fuel temperature」と、T. Tverbergによる「The High Burn-Up Disk Irradiation Test, Ifa-655: Final Report on the In-Pile Performance」を参照する。しかし、モリブデンインサートを備える核燃料ペレットを製造し、燃料ペレットを燃料ロッドに装填することは、様々な課題に直面する。例えば、中間層を有する燃料ペレットを作製するために酸化ウランウエハの間にモリブデンインサートを位置決めすることは、実用的でない場合がある。さらに、モリブデンは、２．５１ｂの熱中性子吸収断面積（２００３年２月の国際原子力機関ＩＮＤＣ（ＮＤＳ）－４４０、Ｄｉｓｔｒ．ＰＧ＋ＲのS.F. Mughabghabによる「Thermal Neutron Capture Cross Sections Resonance Integrals and G-Factors」）を有する。したがって、モリブデンは、核分裂することなく中性子を吸収することができる。このように、熱中性子断面積が大きいことにより、核燃料に必要な濃縮、ひいてはその費用が増加する可能性がある。さらに、燃料ペレットは、一体型燃料可燃性吸収体（ＩＦＢＡ）でコーティングされることが多く、これは、燃料ペレットの外側に適用される必要があり得る。モリブデンインサートは、ＩＦＢＡコーティングを妨げ、または破壊する可能性がある。さらに、中間層を有する燃料ペレットは、高温で実施されるコーティング処理に耐えることができない可能性がある。これらの課題を踏まえて、核燃料アセンブリの効率的な製造、核燃料ペレットの燃料ロッドへの装填、加圧水型原子炉における燃料ロッドの運転を可能にすることができる核燃料アセンブリと製造方法が提供される。
図１は、核燃料アセンブリを製造するために使用することができるコーティング層を製造する方法を示す。核燃料層１０２の製造は、様々な方法で行うことができる。例えば、工程１００ａに示すように、核燃料粉末をプレスして、酸化ウラン（ＵＯ２）グリーンペレットを形成することができる。その後、ＵＯ２グリーンペレットは、焼結後に適切な最終化学量論を維持するために、二酸化炭素と水を添加した水素および不活性ガスを使用して、核燃料層１０２を形成するために焼結され得る。種々の例では、核燃料層１０２はウエハである。
核燃料層１０２は、ウラン、ウラン合金、ウラン化合物、プルトニウム、プルトニウム合金、プルトニウム化合物、トリウム、トリウム合金、トリウム化合物、または、これらの組み合わせを備えることができる。ウラン、ウラン合金、またはウラン化合物は、ウラン－２３８、ウラン－２３５、ウラン－２３４、または、これらの組み合わせを備えることができる。トリウム、トリウム合金、またはトリウム化合物は、トリウム－２３２を備えることができる。プルトニウム、プルトニウム合金、またはプルトニウム化合物は、プルトニウム－２３９、プルトニウム－２４０、プルトニウム－２４１、プルトニウム－２４２、プルトニウム－２４４、または、これらの組み合わせを備えることができる。様々な例では、核燃料層１０２は、酸化ウランを備える。
さらに、核燃料層１０２は、例えば、酸化クロム（ＩＩＩ）、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、他の添加剤、または、これらの組み合わせなどの添加剤を備えることができる。添加剤は、核燃料層１０２の１０重量％以下であってもよい。添加剤は、所望に応じて、核燃料層１０２の粒径、核分裂ガス放出、および他の特性を改善することができる。
核燃料層１０２は、一体型燃料可燃吸収体（ＩＦＢＡ）を備えることができる。ＩＦＢＡは、ホウ化物合金、ガドリニウム、ガドリニウム合金、エルビウム、エルビウム合金、ハフニウム、ハフニウム合金、または、これらの組み合わせを備えることができる。例えば、ＩＦＢＡは、二ホウ化ジルコニウム、二ホウ化ウラン、四ホウ化ウラン、ガドリニウム、酸化ガドリニウム、エルビウム、酸化エルビウム、ハフニウム、酸化ハフニウム、ホウ素含有ガラス（例えば、ホウケイ酸塩ガラス）、または、これらの組み合わせを備えることができる。ＩＦＢＡは、中性子を吸収することによって、加圧水型原子炉における燃料サイクルの開始付近で過剰な反応性を抑制することができ、ＩＦＢＡが化学的に変換されるにつれて、時間の経過と共により少ない中性子を吸収することができる。種々の例では、核燃料層１０２は、円盤状であってもよく、多角形（例えば、六角形）であってもよい。核燃料層１０２は、１ミリメートル～１５ミリメートルの厚さとすることができる。
ステップ１００ｂに示すように、熱伝導層１０４を核燃料層１０２の少なくとも一部に堆積させて、核燃料層１０２と比較して熱伝導率が高い少なくとも部分的なコーティング層１２０を生成することができる。例えば、熱伝導層１０４は、核燃料層１０２の熱伝導率よりも大きい熱伝導率を備えることができる。様々な例では、熱伝導層１０４は、シート、箔、コーティング、または、これらの組み合わせとすることができる。
熱伝導層１０４は、チタン、チタン合金、モリブデン、モリブデン合金（例えば、TZM (モリブデン９９．４０ｗ／％、ジルコニウム０．０８ｗ／％およびチタン０．５ｗ／％）、タングステン、タングステン合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金、ベリリウム、ベリリウム合金（例えば、酸化ベリリウム）、クロム、クロム合金、ホウ化ウラン（例えば、二ホウ化ウラン、四ホウ化ウラン）、または、これらの組み合わせを備えることができる。種々の例において、熱伝導層１０４は、０．１８５ｂの小さな熱中性子断面積を有するジルコニウム、またはジルコニウム合金、例えば、ジルロ（Ｚｉｒｌｏ）（登録商標）（１％のスズ、１％のニオブ、０．１％の鉄、０．１２５％の酸素、残部はジルコニウム）を備えることができる。なぜならば、ジルロも、減少した熱中性子断面積を有するからである。熱中性子断面積の減少により、核分裂をもたらさない寄生反応に対する中性子の損失をより少なくすることができる。したがって、核燃料層１０２の濃縮に、より低いレベルを使用することができ、および／またはより高い効率の核燃料アセンブリをそこから製造することができる。
熱伝導層１０２は、ＩＦＢＡを備えることができる。例えば、熱伝導層１０２がジルコニウムまたはジルコニウム合金を備える場合、熱伝導層は、ハフニウム、ハフニウム合金、エルビウム、エルビウム合金、ガドリニウム、ガドリニウム合金、または、これらの組み合わせをさらに備えることができる。熱伝導層１０４は、熱伝導層１０４全体の０．０１重量％～２０重量％の範囲のハフニウム、ハフニウム合金、エルビウム、エルビウム合金、ガドリニウム、ガドリニウム合金、または、これらの組み合わせを備えることができ、残りは、ジルコニウムと付随的不純物であり得る。熱伝導層１０４は、熱伝導層１０４全体の０．０１重量％～１０重量％の範囲のハフニウム、ハフニウム合金、エルビウム、エルビウム合金、ガドリニウム、ガドリニウム合金、または、これらの組み合わせを備えることができ、残りは、ジルコニウムと付随的不純物であり得る。
熱伝導層１０２が、ジルコニウムまたはジルコニウム合金、およびハフニウム、ハフニウム合金、エルビウム、エルビウム合金、ガドリニウム、ガドリニウム合金、または、これらの組み合わせを備える例では、熱伝導層１０２は、ＩＦＢＡであり得、熱伝導層１０４の融点（１８５２℃～２２２２℃）が二酸化ウラン（２８６５℃）と比較してより低いことに起因して、核燃料層間の結合剤として作用し得る。熱伝導層１０４が二ホウ化ウランを備える例では、二ホウ化ウランのホウ素内容物において、二ホウ化ウラン中のホウ素内容物の全体のモルにおける少なくとも９５％が、ホウ素１１であり得る。ホウ素１１を備える二ホウ化ウランは、熱伝導層、ＩＦＢＡであり得、その融点（２４３０℃）が二酸化ウラン（２８６５℃）と比較して低いため、核燃料層間の結合剤として作用し得る。特定の例では、熱伝導層１０４は、二ホウ化ウランと酸化ベリリウムとの混合物を備えることができる。酸化ベリリウムは、熱伝導層の熱中性子断面積を所望のレベルまで下げることができる。
熱伝導層１０２は、物理蒸着、スプレー（例えば、ホットスプレー、コールドスプレー）、機械的接合（例えば、打ち抜き加工、プレス加工）、溶融、または、これらの組み合わせによって、核燃料層１０２の少なくとも一部の上に堆積されることができる。熱伝導層１０２は、核燃料層１０２の単一の側面の少なくとも一部、または核燃料層１０２の少なくとも２つの側面の少なくとも一部の上に堆積されることができる。例えば、図１に示すように、熱伝導層１０４を核燃料層１０２に動作可能に結合させるために、ステップ１００ｂで熱伝導層を堆積させ、その後、ステップ１００ｃで硬化／合体されることができる。図２に示すように、任意選択で、第２の熱伝導層１０４を、ステップ２００ｄに示すように核燃料層１０２の第２の面の少なくとも一部の上に堆積させ、ステップ２００ｅで硬化／合体されることができる。第１の熱伝導層１０４と第２の熱伝導層は、同一または異なるものであってもよい。
物理蒸着またはスプレーによる堆積は、核燃料層１０２をベルトまたは他の搬送装置上に配置することと、コーティング部を通過した核燃料層１０２を搬送して熱伝導層１０４を核燃料層１０２の第１の側面の少なくとも一部に堆積することと、任意に熱伝導層１０４を硬化／固化させることと、を備えることができる。様々な例では、図２に例示されているように、単一の熱伝導層１０４を有する核燃料層１０２をひっくり返して、第２の熱伝導層１０４を核燃料層１０２の第２の側面の少なくとも一部に堆積させてコーティング層２２０を形成することができる。種々の例において、酸化ベリリウムまたは二ホウ化ウランは、スプレーによって塗布することができる。スプレーを備える例において、スプレーの粒径は、０．１～３０ミクロンの範囲であり得る。スプレーは、例えば、ヘリウム、ネオン、窒素、または、これらの組み合わせなどの気体を使用して、スプレーノズルを通過した後に気体中に固体材料が残留／混入した状態で、スプレーノズルを通して高圧下で塗布することができる。
様々な例において、スプレーに使用される物理蒸着コーティングターゲットまたは粉末は、ジルコニウムおよびホウ素、ハフニウム、エルビウム、ガドリニウム、または、これらの組み合わせを含有する合金であり得る。合金にベリリウムを添加して、所望のレベルの中性子吸収を達成することができる。粉末は、熱伝導層１０４とＩＦＢＡ粒子との混合物とすることができる。５ミクロン～２００ミクロンの範囲のコーティング厚さ、例えば２０ミクロン～１００ミクロンの範囲のコーティング厚さを、核燃料層１０２に適用することができる。様々な実施例では、ＩＦＢＡ層を熱伝導層１０４または核燃料層１０２に別々に適用することができる。ＩＦＢＡ層は、伝導層１０４と核燃料層１０２の中間、核燃料層１０２の側面であって導電層１０４と異なる側面、または熱伝導層１０４の側面であって核燃料層１０２と異なる側面とすることができる。
機械的接合による堆積は、熱伝導層１０４を核燃料層１０２に機械的にプレスすることおよび／またはスタンピングすることを備えることができる。例えば、熱伝導層１０２は、箔またはシートの形態とすることができ、熱伝導層１０２は、核燃料層１０２の表面に押圧され、任意に、核燃料層１０２の縁上で曲げられて機械的接合部を形成することができる。
溶融による堆積は、熱伝導層１０４を、少なくとも熱伝導層１０４の融点まで加熱し、それを核燃料層１０２に接合することを備えることができる。例えば、熱伝導層１０４の溶融は、制御された雰囲気炉内で、または１～１０００ボルト／ｃｍの範囲の積層コーティング層への電圧の印加を通して起こり、熱伝導層１０４の溶融を通して接合することができる。例えば、誘導加熱器を使用して、導電性である熱伝導層１０４またはＩＦＢＡ層を選択的に加熱することもできる。また、マイクロ波加熱を使用して、核燃料層１０２、熱伝導層１０４、またはＩＦＢＡ層のいずれかを加熱してもよい。
少なくとも２つのコーティング層（例えば、１２０、２２０、または、これらの組み合わせ）を積み重ねて、核燃料層１０２の間に中間層として熱伝導層１０４を備えるスタックを形成することができる。スタックは、５ミリメートル～１００センチメートルの範囲、例えば、１センチメートル～３センチメートルとすることができる長さｌを備えることができる。
その後、スタック内のコーティング層を結合して核燃料アセンブリを形成することができる。結合は、拡散接合、焼結（例えば、フラッシュ焼結、スパークプラズマ焼結）、溶接（例えば、スポット溶接）、ろう付け、溶融、または、これらの組み合わせを備えることができる。結合は、例えば、マイクロ波加熱、誘導結合加熱、または、これらの組み合わせなどの様々な加熱手段を利用することができる。核燃料アセンブリは、核燃料と金属の別々の層よりも、燃料ロッド内に配置することが容易である。例えば、核燃料アセンブリは、燃料ロッドへの挿入中に裏返る可能性を減少させることができる。
図３に図示されるように、コーティング層２２０は、ステップ３００ａにおいて、積み重ねられ、および／または溶接され、および／またはろう付けされて、核燃料アセンブリ３３０を形成することができる。その後、様々な例では、核燃料アセンブリ３３０は、ステップ３００ｂで所望の許容範囲まで研削することができる。核燃料アセンブリ３３０は、燃料ロッドに装填することができる。
フラッシュ焼結の例は、Journal of Nuclear Materials 493 (2017)の２６４－２７０頁のAlicia M. Raftery、Joao Gustavo Pereira da Silva、Darrin D. Byler、David A. Andersson、Blas P. Uberuaga、Christopher R. Stanek、Kenneth J. McClellanらによる「Onset conditions for flash sintering of UO2」に記載され、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。フラッシュ焼結は、図４に図示されるように、ペレット上の高熱伝導性表面が溶解されるまで、積層コーティング層に高電圧（例えば、１２０Ｖ／ｃｍ）を印加することを備えることができる。例えば、コーティング層の接触面にわずかな隙間があることにより、熱伝導層を局所的に溶融させることができる高抵抗ホットスポットを生成することができる。図４と同様に、図５に示すように、コーティング層１２０を積み重ね、一緒に結合して核燃料アセンブリ５３０を形成することができる。種々の例において、核燃料アセンブリ４３０、５３０は、所望の許容範囲まで研削され、次に、燃料ロッドに装填されることができる。
特定の例では、コーティング層の積層体は、熱伝導層１０４を別の熱伝導層１０４または核燃料層１０２に拡散接合するために、１キロパスカルから１００メガパスカルの範囲の圧力と、熱伝導層１０４の融点までの温度にさらされ得る。核燃料アセンブリは、燃料ペレットとすることができる。
核燃料アセンブリは、中間層を有する金属核燃料アセンブリとすることができる。核燃料アセンブリは、円筒形、環状、多角形、または粒子形状を備えることができる。
本発明の様々な態様は、以下の番号付けされた条項に列挙された態様を含むが、これらに限定されない。
（条項１）少なくとも２つの核燃料層の少なくとも一部の上に熱伝導層を堆積して、少なくとも２つの少なくとも部分的なコーティング層を生成することと、前記少なくとも２つのコーティング層を積層することと、前記少なくとも２つのコーティング層を結合して核燃料アセンブリを形成することと、を備える、方法。
（条項２）前記熱伝導層を堆積することは、物理蒸着、スプレー、機械的接合、溶融、または、これらの組み合わせを備える、条項１に記載の方法。
（条項３）前記熱伝導層を堆積することは、核燃料層の第１の側面の少なくとも一部の上に第１の熱伝導層を堆積することと、前記核燃料層の第２の側面の少なくとも一部の上に第２の熱伝導層を堆積することと、を備える、条項１から２のいずれか一項に記載の方法。
（条項４）前記少なくとも２つのコーティング層を結合することは、拡散接合、焼結、溶接、ろう付け、溶融、または、これらの組み合わせを備える、条項１から３のいずれか一項に記載の方法。
（条項５）溶融は、マイクロ波加熱、誘導結合加熱、または、これらの組み合わせを備える、条項４に記載の方法。
（条項６）前記熱伝導層は、チタン、チタン合金、モリブデン、モリブデン合金、タングステン、タングステン合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金、ベリリウム、ベリリウム合金、クロム、クロム合金、ホウ化ウラン、または、これらの組み合わせを備える、条項１から５のいずれか一項に記載の方法。
（条項７）前記熱伝導層は、ジルコニウムを備える、条項１から６のいずれか一項に記載の方法。
（条項８）前記熱伝導層は、一体型燃料可燃性吸収体を備える、条項１から７のいずれか一項に記載の方法。
（条項９）前記核燃料層は、ウラン、ウラン合金、ウラン化合物、プルトニウム、プルトニウム合金、プルトニウム化合物、トリウム、トリウム合金、トリウム化合物、または、これらの組み合わせを備える、条項１から８のいずれか一項に記載の方法。
（条項１０）核燃料アセンブリであって、一緒に結合された少なくとも２つの少なくとも部分的なコーティング層の積層体を備え、前記コーティング層のそれぞれは、核燃料層と、前記核燃料層の少なくとも一部に配置された熱伝導層と、を備える、核燃料アセンブリ。
（条項１１）前記コーティング層のそれぞれは、前記核燃料層の第１の側面の少なくとも一部に配置された第１の熱伝導層と、前記核燃料層の第２の側面の少なくとも一部に配置された第２の熱伝導層と、を備える、条項１０に記載の核燃料アセンブリ。
（条項１２）前記熱伝導層は、チタン、チタン合金、モリブデン、モリブデン合金、タングステン、タングステン合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金、ベリリウム、ベリリウム合金、クロム、クロム合金、ホウ化ウラン、または、これらの組み合わせを備える、条項１０から１１のいずれか一項に記載の核燃料アセンブリ。
（条項１３）前記熱伝導層は、ジルコニウムまたはジルコニウム合金を備える、条項１０から１２のいずれか一項に記載の核燃料アセンブリ。
（条項１４）前記熱伝導層が、ハフニウム、ハフニウム合金、エルビウム、エルビウム合金、ガドリニウム、ガドリニウム合金、または、これらの組み合わせをさらに含む、条項１３に記載の核燃料アセンブリ。
（条項１５）前記熱伝導層は、前記熱伝導層全体の０．０１重量％～２０重量％の範囲の、ハフニウム、ハフニウム合金、エルビウム、エルビウム合金、ガドリニウム、ガドリニウム合金、または、これらの組み合わせを備える、条項１４に記載の核燃料アセンブリ。
（条項１６）前記熱伝導層は、二ホウ化ウランを含み、前記二ホウ化ウランのホウ素の内容物において、前記二ホウ化ウラン中の前記ホウ素内容物における全体重量の少なくとも９５％がホウ素１１である、条項１０の核燃料組立物。
（条項１７）前記熱伝導層は、二ホウ化ウランと酸化ベリリウムとの混合物を備える、条項１０および１６のいずれか一項に記載の核燃料アセンブリ。
（条項１８）前記熱伝導層は、一体型燃料可燃性吸収体（ＩＦＢＡ）を備える、条項１０から１７のいずれか一項に記載の核燃料アセンブリ。
（条項１９）前記ＩＦＢＡは、ホウ化物合金、ガドリニウム、ガドリニウム合金、エルビウム、エルビウム合金、ハフニウム、ハフニウム合金、または、これらの組み合わせを備える、条項１８に記載の核燃料アセンブリ。
（条項２０）前記ＩＦＢＡは、ベリリウム、酸化ベリリウム、または、これらの組み合わせを含有する混合物をさらに備える、条項１９に記載の核燃料アセンブリ。
（条項２１）前記核燃料層は、ウラン、ウラン合金、ウラン化合物、プルトニウム、プルトニウム合金、プルトニウム化合物、トリウム、トリウム合金、トリウム化合物、または、これらの組み合わせを備える、条項１０から２０のいずれか一項に記載の核燃料アセンブリ。
当業者は、本明細書に記載された組成物、物品、方法、およびそれらに付随する議論が、概念的明確性のための例として使用され、様々な構成変更が企図されることを認識するであろう。したがって、本明細書で使用されるように、記載された特定の例示および付随する議論は、それらのより一般的な種類を代表することを意図する。一般に、任意の特定の例示の使用は、その種類を代表することが意図され、特定のコンポーネント（例えば、動作）、装置、および目的物を包含しないことは、限定として解釈されるべきではない。
開示された組成物、コーティング、および方法を含む、本発明の組成物、構造、製造、機能、および／または操作の理解を提供するために、様々な特徴および特性が本明細書に記載される。本明細書に記載された本発明の様々な特徴および特性は、そのような特徴および特性が本明細書において組み合わせて明示的に記載されているかどうかにかかわらず、任意の適切な方法で組み合わせることができることが理解される。本発明者および本出願人は、このような特徴および特性の組み合わせが本明細書に記載された本発明の範囲内に含まれることを明確に意図している。したがって、特許請求の範囲は、本明細書に明示的にまたは本質的に記載された、またはそうでなければ明示的にまたは本質的に本明細書にサポートされた、任意の特徴および特性を任意の組合せで記載するように修正することができる。さらに、出願人は、先行技術に存在する特徴および特性を、それらの特徴および特性が本明細書に明示的に記載されていない場合であっても、肯定的に権利放棄するよう請求の範囲を補正する権利を留保する。したがって、このような補正は、明細書またはクレームに新規事項を追加するものではなく、明細書、明細書の十分性および追加事項の要件を満たすものである。
添付の特許請求の範囲に関して、当業者は、その中に記載された動作が、一般に、任意の順序で実行され得ることを理解するであろう。また、様々な動作の流れが一つの順序で提示されているが、様々な動作は、図示されている順序以外の順序で実行されてもよく、または同時に実行されてもよいことを理解されたい。そのような代替の順序付けの例は、文脈が別段の指示をしない限り、重複、不連続な実行、中断、並べ替え、増分、準備、補足、同時、逆、または他の変形の順序付けを含むことができる。さらに、「に反応する（responsive to）」、「に関連する（related to）」、または他の過去形の形容詞は、文脈が別段の指示をしない限り、一般に、そのような変形を除外することを意図しない。
本明細書に記載された発明は、本明細書に記載された様々な特性および特徴を含むことができ、それらから構成されることができ、またはそれらから本質的に構成されることができる。用語「備える」（ならびに「備える」および「備えている」などの任意の形態）、「有する」（ならびに「有する」および「有している」などの任意の形態）、「含む」（ならびに「含む」および「含んでいる」などの任意の形態）、「包含する」（ならびに「包含する」および「包含している」などの任意の形態）は、オープンエンドの結合動詞である。したがって、一つの特徴または複数の特徴または特性を「備える」、「有する」、「含む」、または「包含する」組成物、核燃料アセンブリ、または方法は、その特徴またはそれらの特徴および／または特性を有するが、その特徴またはそれらの特徴および／または特性のみを有することに限定されない。同様に、１つの特徴または複数の特徴および／または特性を「備える」、「有する」、「含む」、または「包含する」組成物、コーティング、またはプロセスの要素は、その特徴またはそれらの特徴および／または特性を有するが、その特徴またはそれらの特徴および／または特性のみを有することに限定されず、追加の特徴および／または特性を有してもよい。
特許請求の範囲を含む本明細書で使用される文法的冠詞「1つの（ａ）」、「1つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、別段の指示がない限り、「少なくとも１つの」または「１つまたは複数の」を含むことが意図される。したがって、本明細書では、冠詞は、冠詞の文法的対象物のうちの１つまたは複数（すなわち、「少なくとも１つ」）を指すために使用される。例として、「1つのコンポーネント」は、１つまたは複数のコンポーネントを意味し、したがって、可能性として２つ以上のコンポーネントが意図され、記載された組成物、コーティング、およびプロセスの実施において採用または使用され得る。しかしながら、用語「少なくとも１つ」または「１つまたは複数」の使用は、場合によっては、他の場合を除き、用語の使用の失敗により文法的冠詞「1つの（ａ）」、「1つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」の目的が１つだけに限定されるという解釈にはならないことを理解されたい。さらに、使用の文脈が別途要求しない限り、単数名詞の使用は複数を含み、複数名詞の使用は単数を含む。
本明細書では、特に断らない限り、すべての数値パラメータは、すべての場合において、数値パラメータが「約」という用語によって前置きおよび修正され、数値パラメータはパラメータの数値を決定するために使用される基礎となる測定技術の固有の変動特性を有するものと理解されるべきである。最低限でも、そして特許請求の範囲への均等論の適用を限定する試みとしてではなく、本明細書で説明される各数値パラメータは、少なくとも、記録された有効数字の数を考慮して、そして通常の概数で表現する技法を適用することによって、解釈されるべきである。
本明細書に記載される任意の数値範囲は、記載範囲内に包含されるすべてのサブ範囲を含む。例えば、「１～１０」の範囲は、記載された最小値１と記載された最大値１０との間（およびそれら自身）を含み、すなわち、１以上の最小値および１０以下の最大値を有するすべての下位範囲を含む。また、本明細書に記載された全ての範囲は、記載された範囲の終点を含む。例えば、「１～１０」の範囲には、終点１、１０が含まれる。本明細書に記載される任意の最大数値の限定は、その中に包含されるすべてのより低い数値限定を含むことが意図され、本明細書に記載される任意の最小数値の限定は、その中に包含されるすべてのより高い数値限定を含むことが意図される。従って、出願人は、明示的に記載された範囲内に包含される任意のサブ範囲を明示的に記載するために、特許請求の範囲を含む本明細書を補正する権利を留保する。このような範囲はすべて本明細書に本質的に記載されている。
本明細書において特定される任意の特許、出版物、または他の文書は、別段の指示がない限り、ただし組み込まれた材料が、本明細書に明確に記載された既存の説明、定義、記述、図示、または他の開示材料と矛盾しない範囲においてのみ、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。したがって、必要な範囲で、本明細書に記載される明示の開示は、参照により組み込まれる任意の矛盾する材料に優先する。本明細書に参照により組み込まれるが、本明細書に記載される既存の定義、記述、または他の開示材料と矛盾する任意の材料、またはその一部は、組み込まれた材料と既存の開示材料との間に矛盾が生じない範囲でのみ組み込まれる。出願人は、参照により組み込まれる主題事項またはその一部を明示的に記載するように本明細書を補正する権利を留保する。このように組み込まれた主題事項を追加するための本明細書の補正は、明細書、明細書の十分性および追加事項の要件を満たす。
本発明の特定の実施例は、例示の目的で上記に記載されているが、添付の特許請求の範囲に定義される本発明から逸脱することなく、本発明の詳細に多くの変形がなされ得ることが、当業者には明らかであろう。
Claims (20)
- 少なくとも２つの異なる核燃料層のそれぞれに対して少なくとも一部の上に熱伝導層を堆積して、少なくとも２つの少なくとも部分的なコーティング層を生成することと、
前記少なくとも２つのコーティング層を積層することと、
前記少なくとも２つのコーティング層を結合して核燃料アセンブリを形成することと、を備え、
前記少なくとも２つのコーティング層を結合することは、拡散接合、焼結、溶接、ろう付け、溶融、または、これらの組み合わせを備える、方法。 - 前記熱伝導層を堆積することは、物理蒸着、スプレー、機械的接合、溶融、または、これらの組み合わせを備える、請求項１に記載の方法。
- 前記熱伝導層を堆積することは、前記少なくとも２つの核燃料層の第１の核燃料層の第１の側面の少なくとも一部の上に第１の熱伝導層を堆積することと、前記第１の核燃料層の第２の側面の少なくとも一部の上に第２の熱伝導層を堆積することと、を備える、請求項１または２に記載の方法。
- 前記溶融は、マイクロ波加熱、誘導結合加熱、または、これらの組み合わせを備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
- 前記熱伝導層は、チタン、チタン合金、モリブデン、モリブデン合金、タングステン、タングステン合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金、ベリリウム、ベリリウム合金、クロム、クロム合金、ホウ化ウラン、または、これらの組み合わせを備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
- 前記熱伝導層は、ジルコニウムを備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
- 前記熱伝導層は、一体型燃料可燃性吸収体を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
- 前記核燃料層は、ウラン、ウラン合金、ウラン化合物、プルトニウム、プルトニウム合金、プルトニウム化合物、トリウム、トリウム合金、トリウム化合物、または、これらの組み合わせを備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
- 核燃料アセンブリであって、
一緒に結合された少なくとも２つの少なくとも部分的なコーティング層の積層体を備え、
前記コーティング層のそれぞれは、
核燃料層と、
前記核燃料層の少なくとも一部に配置された熱伝導層と、を備え、
隣り合う２つの前記コーティング層は、拡散接合、焼結、溶接、ろう付け、溶融、または、これらの組み合わせにより結合されている、核燃料アセンブリ。 - 前記コーティング層のそれぞれは、前記核燃料層の第１の側面の少なくとも一部に配置された第１の熱伝導層と、前記核燃料層の第２の側面の少なくとも一部に配置された第２の熱伝導層と、を備える、請求項９に記載の核燃料アセンブリ。
- 前記熱伝導層は、チタン、チタン合金、モリブデン、モリブデン合金、タングステン、タングステン合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金、ベリリウム、ベリリウム合金、クロム、クロム合金、ホウ化ウラン、または、これらの組み合わせを備える、請求項９または１０に記載の核燃料アセンブリ。
- 前記熱伝導層は、ジルコニウムまたはジルコニウム合金を備える、請求項９から１１のいずれか一項に記載の核燃料アセンブリ。
- 前記熱伝導層は、ハフニウム、ハフニウム合金、エルビウム、エルビウム合金、ガドリニウム、ガドリニウム合金、または、これらの組み合わせをさらに備える、請求項１２に記載の核燃料アセンブリ。
- 前記熱伝導層は、前記熱伝導層全体の０．０１重量％～２０重量％の範囲の、ハフニウム、ハフニウム合金、エルビウム、エルビウム合金、ガドリニウム、ガドリニウム合金、または、これらの組み合わせを備える、請求項１３に記載の核燃料アセンブリ。
- 前記熱伝導層は、二ホウ化ウランを備え、
前記二ホウ化ウランのホウ素内容物において、前記二ホウ化ウラン中の前記ホウ素内容物における全体重量の少なくとも９５％がホウ素１１である、請求項９に記載の核燃料アセンブリ。 - 前記熱伝導層は、二ホウ化ウランと酸化ベリリウムとの混合物を備える、請求項９から１５のいずれか一項に記載の核燃料アセンブリ。
- 前記熱伝導層は、一体型燃料可燃性吸収体（ＩＦＢＡ）を備える、請求項９から１６のいずれか一項に記載の核燃料アセンブリ。
- 前記ＩＦＢＡは、ホウ化物合金、ガドリニウム、ガドリニウム合金、エルビウム、エルビウム合金、ハフニウム、ハフニウム合金、または、これらの組み合わせを備える、請求項１７に記載の核燃料アセンブリ。
- 前記ＩＦＢＡは、ベリリウム、酸化ベリリウム、または、これらの組み合わせを含有する混合物をさらに備える、請求項１８に記載の核燃料アセンブリ。
- 前記核燃料層は、ウラン、ウラン合金、ウラン化合物、プルトニウム、プルトニウム合金、プルトニウム化合物、トリウム、トリウム合金、トリウム化合物、または、これらの組み合わせを備える、請求項９から１９のいずれか一項に記載の核燃料アセンブリ。
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