JPH01107193A - 核燃料ペレットとその製造方法 - Google Patents
核燃料ペレットとその製造方法Info
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- JPH01107193A JPH01107193A JP62262652A JP26265287A JPH01107193A JP H01107193 A JPH01107193 A JP H01107193A JP 62262652 A JP62262652 A JP 62262652A JP 26265287 A JP26265287 A JP 26265287A JP H01107193 A JPH01107193 A JP H01107193A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明は核燃料ペレットとその製造方法に係り、とくに
高燃焼度領域において、気体核分裂生成物の放出及びペ
レットスウヱリングを低減し、かっクリープしやすくす
ることにより性能を向上させた非均質な改良ペレットと
その製造方法に関する。
高燃焼度領域において、気体核分裂生成物の放出及びペ
レットスウヱリングを低減し、かっクリープしやすくす
ることにより性能を向上させた非均質な改良ペレットと
その製造方法に関する。
（従来の技術）
二酸化ウランペレットは従来、次の工程により製造され
ている。即ち、六フッ化ウラン（ＩＦ、）を加熱して気
体にし、アンモニア水等に注入し、重ウラン酸アンモン
（ＡＤＵ）などの化合物として沈殿させ、ろ過洗浄する
。この後乾燥焙焼してへ酸化具 ウラン（ｕｉｏ、）の形にし、水素還元して二酸化ウラ
ン（Ｄｏ：＋）粉末にする。 この粉末に結合剤を加え
た後、プレスして円柱状のグリーンペレットに成形しこ
れを予備焼結して結合剤を除去し、その後、水素気流中
で１６００〜１８００℃に加熱し数時間の本焼結を行う
、これにより９３〜９７％ＴＯ（ＴＤ：理論密度）の二
階化ウランペレットが得られる。
ている。即ち、六フッ化ウラン（ＩＦ、）を加熱して気
体にし、アンモニア水等に注入し、重ウラン酸アンモン
（ＡＤＵ）などの化合物として沈殿させ、ろ過洗浄する
。この後乾燥焙焼してへ酸化具 ウラン（ｕｉｏ、）の形にし、水素還元して二酸化ウラ
ン（Ｄｏ：＋）粉末にする。 この粉末に結合剤を加え
た後、プレスして円柱状のグリーンペレットに成形しこ
れを予備焼結して結合剤を除去し、その後、水素気流中
で１６００〜１８００℃に加熱し数時間の本焼結を行う
、これにより９３〜９７％ＴＯ（ＴＤ：理論密度）の二
階化ウランペレットが得られる。
（発明が解決しようとする問題点）
このように、従来の核燃料ペレットは組成が全体に均質
であり、このため線出方密度を上げようとすると、燃料
ペレットの中心部温度も上昇する。
であり、このため線出方密度を上げようとすると、燃料
ペレットの中心部温度も上昇する。
燃料中心温度が高いと、ペレット内に蓄積したりリプト
ン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘθ）、ヨウ素（工２）等の核
分裂生成物がペレットとその被覆管とのギャップに多量
に放出される。気体核分裂生成物であるクリプトンやキ
セノンの放出量が多いと、燃料棒の内圧が上昇する。ま
た気体核分裂生成物の熱伝導度が予め封入されているヘ
リウムより低いので、核燃料温度も上昇する。このよう
な内圧上昇及び温度上昇は安全上望ましくない。さらに
ヨウ素が多量に放出されるとジルコニウム合金製被覆管
の応力腐食割れを引き起こす。
ン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘθ）、ヨウ素（工２）等の核
分裂生成物がペレットとその被覆管とのギャップに多量
に放出される。気体核分裂生成物であるクリプトンやキ
セノンの放出量が多いと、燃料棒の内圧が上昇する。ま
た気体核分裂生成物の熱伝導度が予め封入されているヘ
リウムより低いので、核燃料温度も上昇する。このよう
な内圧上昇及び温度上昇は安全上望ましくない。さらに
ヨウ素が多量に放出されるとジルコニウム合金製被覆管
の応力腐食割れを引き起こす。
他方、核燃料ペレットは結晶粒径が大きくなると気体核
分裂生成物の放出量が少なくなると共にクリープ速度も
小さくなる。逆に結晶粒径が小さくなると、気体核分裂
生成物放出量が増大し、クリープ速度が大きくなる。ペ
レットと被覆管との相互作用を緩和するには、クリープ
速度が大きい方がよく、このため、ペレットの外周部は
クリープ速度が大きい方が望ましい、したがって、上記
相互作用の緩和の点では結晶粒径は小さい方がよい、ま
た上述のように気体核分裂生成物の放出量は少ない方が
望ましいので、この点では結晶粒径は大きい方がよい。
分裂生成物の放出量が少なくなると共にクリープ速度も
小さくなる。逆に結晶粒径が小さくなると、気体核分裂
生成物放出量が増大し、クリープ速度が大きくなる。ペ
レットと被覆管との相互作用を緩和するには、クリープ
速度が大きい方がよく、このため、ペレットの外周部は
クリープ速度が大きい方が望ましい、したがって、上記
相互作用の緩和の点では結晶粒径は小さい方がよい、ま
た上述のように気体核分裂生成物の放出量は少ない方が
望ましいので、この点では結晶粒径は大きい方がよい。
しかしながら組成の均一な従来の核燃料ペレットは結晶
粒径も一様となるので。
粒径も一様となるので。
クリープ速度の増大及び気体核分裂生成物放出量の減少
を共に満たすことはできなかった。
を共に満たすことはできなかった。
本発明の目的は、均質組成の核燃料ペレットの問題点を
解決し、燃料性能の高い非均質組成の核燃料ペレットと
その製造方法を提供することにある。
解決し、燃料性能の高い非均質組成の核燃料ペレットと
その製造方法を提供することにある。
（問題点を解決するための手段）
上記目的を達成するために、本発明においては、核燃料
ペレットを軸方向中心領域と外周領域に分け、前記外周
領域の結晶粒径を軸方向中心領域より小さくシ、かっこ
の外周領域の結晶粒界に非晶質の５ｉｎ２− ＡＱ、
０３を析出せしめて成ることを特徴とする核燃料ペレッ
トおよび、核燃料用粉末を柱状にプレスした後に、酸化
性雰囲気において柱状ペレットをＳｘＯ，−ＡＱ、ｏ３
の混合した核燃料用粉末の筒状プレス成形体内に挿入さ
せ、この後に還元性雰囲気で焼結させて成ることを特徴
とする核燃料ペレットの製造方法を提供する。
ペレットを軸方向中心領域と外周領域に分け、前記外周
領域の結晶粒径を軸方向中心領域より小さくシ、かっこ
の外周領域の結晶粒界に非晶質の５ｉｎ２− ＡＱ、
０３を析出せしめて成ることを特徴とする核燃料ペレッ
トおよび、核燃料用粉末を柱状にプレスした後に、酸化
性雰囲気において柱状ペレットをＳｘＯ，−ＡＱ、ｏ３
の混合した核燃料用粉末の筒状プレス成形体内に挿入さ
せ、この後に還元性雰囲気で焼結させて成ることを特徴
とする核燃料ペレットの製造方法を提供する。
（作 用）
この様に構成された核燃料ペレットの製造方法とその核
燃料ペレットにおいては、核燃料ペレットの中心部の結
晶粒径が大きいため気体核分裂生成物が発生して粒界に
到達するのに時間がかかり。
燃料ペレットにおいては、核燃料ペレットの中心部の結
晶粒径が大きいため気体核分裂生成物が発生して粒界に
到達するのに時間がかかり。
核燃料ペレット外への放出量を低減させることができる
。さらに、外周部の結晶粒径が少さくかつ５ｉｎ２−
Ａｌ１．０３が析出しているので、粒界すベリによって
クリープ速度を大きくすることができる。
。さらに、外周部の結晶粒径が少さくかつ５ｉｎ２−
Ａｌ１．０３が析出しているので、粒界すベリによって
クリープ速度を大きくすることができる。
（実施例）
以下に本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第１図において本発明核燃料ペレット１は、結晶粒径大
のペレット軸方向中心領域２と結晶粒径小で５ｉｎ２−
Ａ１１．Ｏ，を粒界に析出させたペレット外周領域３で
構成された一体型ペレットである。
のペレット軸方向中心領域２と結晶粒径小で５ｉｎ２−
Ａ１１．Ｏ，を粒界に析出させたペレット外周領域３で
構成された一体型ペレットである。
第２図に本発明核燃料ペレット１の製造工程の流れ線図
を示す。
を示す。
第２図において、まずＵＯ２粉体４をプレス成型して（
ブロック５）柱状成形体６を形成させる。
ブロック５）柱状成形体６を形成させる。
そして弱い酸化性雰囲気焼結、例えばＣＯ，／Ｃｏ＞１
の混合ガス中もしくはアルゴンに少量のＮＩ素を加えた
ガス中における焼結（ブロック７）により第３図に示す
ような柱状焼結体８ａを得る（ブロック８）、他方、別
のＵＯ，粉末９を５ｉｎ２− ＡＱ２０３粉末と混合し
くブロックＩＯ）、この後プロス成形して（ブロック１
１）第４図に示すような筒状成型体１２ａを得る（ブロ
ック１２）、この筒状成型体１２ａの中空部１２ｂに前
記柱状焼結体８ａを挿入させる（ブロック１３）。その
後、還元性雰囲気（例えば水素中）内にて焼結させる（
ブロック１４）。
の混合ガス中もしくはアルゴンに少量のＮＩ素を加えた
ガス中における焼結（ブロック７）により第３図に示す
ような柱状焼結体８ａを得る（ブロック８）、他方、別
のＵＯ，粉末９を５ｉｎ２− ＡＱ２０３粉末と混合し
くブロックＩＯ）、この後プロス成形して（ブロック１
１）第４図に示すような筒状成型体１２ａを得る（ブロ
ック１２）、この筒状成型体１２ａの中空部１２ｂに前
記柱状焼結体８ａを挿入させる（ブロック１３）。その
後、還元性雰囲気（例えば水素中）内にて焼結させる（
ブロック１４）。
なお、柱状焼結体８１１を筒状成型体１２ａに挿入する
際には、あらかじめ、還元性雰囲気焼結時（ブロック１
４）における１両者の密度変化の相異を考慮する。すな
わち柱状焼結体８ａは酸化性雰囲気焼結時（ブロック７
）においてほぼ密度上昇が完了し、還元性雰囲気焼結時
（ブロック１４）では、はとんど密度が変化しない。し
かしながら、Ｒ状成型体１２ａは寸法が焼結前の約８０
％に収縮し密度がほぼ２倍になる。 したがって筒状成
型体１２ｎは高さ及び中空径が柱状焼結体８ａの高さ及
び外径の約１．２５倍（＝ １１０．８）になるように
プレス成型（ブロック１１）する。
際には、あらかじめ、還元性雰囲気焼結時（ブロック１
４）における１両者の密度変化の相異を考慮する。すな
わち柱状焼結体８ａは酸化性雰囲気焼結時（ブロック７
）においてほぼ密度上昇が完了し、還元性雰囲気焼結時
（ブロック１４）では、はとんど密度が変化しない。し
かしながら、Ｒ状成型体１２ａは寸法が焼結前の約８０
％に収縮し密度がほぼ２倍になる。 したがって筒状成
型体１２ｎは高さ及び中空径が柱状焼結体８ａの高さ及
び外径の約１．２５倍（＝ １１０．８）になるように
プレス成型（ブロック１１）する。
以上の構成において、気体核分裂生成物は温度の高いペ
レット軸方向中心部で粒界をとおして放出されやすい、
またペレットスウェリングも気体核分裂生成物がバルブ
状に粒界に集積しやすい温度の高いペレット中心部で大
きくなる。このペレット中心部で結晶粒径を大きくする
と、気体核分裂生成物が発生し粒界に到達するのに時間
がかかるので、ペレット外への放出が少なくなる。また
同じ理由で粒界ヘパ−が集積しにくくなるので、ペレッ
トスウェリングの低減も可能となる。
レット軸方向中心部で粒界をとおして放出されやすい、
またペレットスウェリングも気体核分裂生成物がバルブ
状に粒界に集積しやすい温度の高いペレット中心部で大
きくなる。このペレット中心部で結晶粒径を大きくする
と、気体核分裂生成物が発生し粒界に到達するのに時間
がかかるので、ペレット外への放出が少なくなる。また
同じ理由で粒界ヘパ−が集積しにくくなるので、ペレッ
トスウェリングの低減も可能となる。
一方、ペレット外周部では結晶粒径が小さいのでクリー
プ速度が大きくなるが、さらに粒界に非晶質（ガラス状
）の５ｉｎ２−Ａｎ、０３が析出するので、粒界すべり
によりクリープ速度がさらに大きくなる。 Ｓｕｎ、
−Ａｎ２．０□をペレット中心部に配することは、ペレ
ット−被覆管の相互作用時に力を支えるのはペレット外
周部であるので、クリープ速度を増大させても、相互作
用力緩和にあまり役立たない、さらに、高温部ではＳｉ
Ｏ２ −ＡＱ、Ｏ，が粒界に析出したｕＯ３は流動性が
著しくなり、形状を維持する上でも好ましくない。
プ速度が大きくなるが、さらに粒界に非晶質（ガラス状
）の５ｉｎ２−Ａｎ、０３が析出するので、粒界すべり
によりクリープ速度がさらに大きくなる。 Ｓｕｎ、
−Ａｎ２．０□をペレット中心部に配することは、ペレ
ット−被覆管の相互作用時に力を支えるのはペレット外
周部であるので、クリープ速度を増大させても、相互作
用力緩和にあまり役立たない、さらに、高温部ではＳｉ
Ｏ２ −ＡＱ、Ｏ，が粒界に析出したｕＯ３は流動性が
著しくなり、形状を維持する上でも好ましくない。
以上ペレットを非均質化させることにより、性能上最適
な、ペレット結晶構造が得られるわけである。
な、ペレット結晶構造が得られるわけである。
本発明による核燃料ペレットとその製造方法によれば、
ペレット周辺部とペレット中心部を異なった工程で焼結
することにより、従来ペレッ１〜に比べ気体核分裂生成
物の放出及び気体スウェリングを大幅に低減でき、さら
にクリープ速度の増大も可能とし、これらの現象が問題
となる高燃焼度領域での性能を向上させることのできる
核燃料ペレットを得ることができる。
ペレット周辺部とペレット中心部を異なった工程で焼結
することにより、従来ペレッ１〜に比べ気体核分裂生成
物の放出及び気体スウェリングを大幅に低減でき、さら
にクリープ速度の増大も可能とし、これらの現象が問題
となる高燃焼度領域での性能を向上させることのできる
核燃料ペレットを得ることができる。
第１図は本発明に係る核燃料ペレットを示す斜視図、第
２図は本発明に係る核燃料ペレットの製造方法を示す製
造工程の流れ線図、第３図は柱状焼結体を示す斜視図、
第４図は筒状成型体を示す斜視図である。 １・・・一体型ペレット ８ａ・・・柱状焼結体 １２ａ・・・筒状成形体 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 第子丸 健 第３図 第４図
２図は本発明に係る核燃料ペレットの製造方法を示す製
造工程の流れ線図、第３図は柱状焼結体を示す斜視図、
第４図は筒状成型体を示す斜視図である。 １・・・一体型ペレット ８ａ・・・柱状焼結体 １２ａ・・・筒状成形体 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 第子丸 健 第３図 第４図
Claims (2)
- （１）核燃料ペレットを軸方向中心領域と外周領域に分
け、前記外周領域の結晶粒径を軸方向中心領域より小さ
くし、かつこの外周領域の結晶粒界に非晶質のＳｉＯ＿
２−Ａｌ＿２Ｏ＿３を析出せしめて成ることを特徴とす
る核燃料ペレット。 - （２）核燃料用粉末を柱状にプレス成形した後に、酸化
性雰囲気において柱状ペレットをＳｉＯ＿２−Ａｌ＿２
Ｏ＿３の混合した核燃料用粉末の筒状プレス成形体内に
挿入させ、この後に還元性雰囲気で焼結させて成ること
を特徴とする核燃料ペレットの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62262652A JPH01107193A (ja) | 1987-10-20 | 1987-10-20 | 核燃料ペレットとその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62262652A JPH01107193A (ja) | 1987-10-20 | 1987-10-20 | 核燃料ペレットとその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01107193A true JPH01107193A (ja) | 1989-04-25 |
Family
ID=17378749
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62262652A Pending JPH01107193A (ja) | 1987-10-20 | 1987-10-20 | 核燃料ペレットとその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01107193A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5180527A (en) * | 1990-04-03 | 1993-01-19 | Nippon Nuclear Fuel Development Co., Ltd. | Nuclear fuel pellets |
| US5255299A (en) * | 1990-04-03 | 1993-10-19 | Nippon Nuclear Fuel Development Co., Ltd. | Method of manufacturing nuclear fuel pellets |
| EP0840330A1 (en) * | 1996-11-01 | 1998-05-06 | General Electric Company | Segmented pellet and production thereof |
| EP1424701A1 (en) * | 2002-11-28 | 2004-06-02 | Korea Atomic Energy Research Institute | Nuclear fuel body including tungsten network and method of manufacturing the same |
| EP1909294A1 (en) * | 2006-10-03 | 2008-04-09 | The European Atomic Energy Community (EURATOM), represented by the European Commission | High burn-up nuclear fuel pellets |
-
1987
- 1987-10-20 JP JP62262652A patent/JPH01107193A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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